DE69717020T2 - Flaky layered materials and nano-compositions containing such materials with attached water-insoluble oligomers or polymers - Google Patents

Flaky layered materials and nano-compositions containing such materials with attached water-insoluble oligomers or polymers

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Abstract

A phyllosilicate material is exfoliated by admixture of the phyllosilicate with water, and a solvent for a water-insoluble oligomer or polymer that is sorbed or electrostatically bonded to the inner surfaces of the phyllosilicate platelets after exfoliation of the phyllosilicate. Intercalation and exfoliation can be achieved via contact of the phyllosilicate with an organic solvent and water to electrostatically bond one or more polar moieties from the organic solvent to a metal cation on the platelet inner surfaces, so that after evaporation of the water used for intercalation of the organic solvent between phyllosilicate platelets, the platelets do not then collapse together, but remain exfoliated. -After exfoliation of the phyllosilicate, the exfoliated platelets are contacted with a polymer/carrier composition that includes a water-insoluble polymer or water-insoluble oligomer, and a solvent for the water-insoluble polymer or oligomer. After exfoliating the phyllosilicate and prior to polymer contact, the individual phyllosilicate platelets are contacted with the polymer/carrier composition to sorb the water-insoluble polymer or water-insoluble oligomer onto one or both surfaces of the exfoliated phyllosilicate platelets and drive off the adhered solvent.

Description

Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind exfolierte geschichtete Materialien, die durch Sorption (Adsorption und/oder Absorption) von einem oder mehreren wasserunlöslichen Oligomeren oder Polymeren auf exfolierten Plättchen eines in Wasser quellbaren geschichteten Materials, wie zum Beispiel einem Phyllosilikat oder einem anderen geschichteten Material, hergestellt werden. Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind besonders exfolierte Phyllosilikat-Plättchen mit mindestens einer Schicht aus Oligomer- und/oder Polymermolekülen, die an die Außenfläche exfolierter planarer Plättchen eines geschichteten Materials, wie zum Beispiel eines Phyllosilikats, bevorzugt eines Smektit-Tons sorbiert sind. Das sich ergebende Polymer oder Oligomer/Plättchen sind weder vollkommen organophil noch vollkommen hydrophil, sondern eine Kombination von beidem. Das Polymer oder Oligomer wird an den Phyllosilikat-Plättchen durch eine elektrostatische Bindung festgehalten und kann mit einer thermoplastischen oder wärmehärtbaren Matrixpolymerschmelze, bevorzugt einem thermoplastischen Matrixpolymer, zur Verbesserung einer Eigenschaft oder mehrerer Eigenschaften des Matrixpolymers vermischt werden. Die sich ergebenden Matrixpolymer/Plättchen-Verbundmaterialien sind nützlich, wo immer Polymer/Füller-Verbundmaterialien verwendet werden, wie zum Beispiel als externe Karosserieteile für die Kraftfahrzeugindustrie; wärmebeständige polymere Kraftfahrzeugteile in Kontakt mit einem Motorblock; Reifenkorde für Gürtelreifen; Lebensmittelverpackung mit verbesserter Gasundurchlässigkeit; elektrische Komponenten: Getränkebehälter von Lebensmittelgüte; und viele andere Anwendungsmöglichkeiten, bei denen die Veränderung einer physikalischen Eigenschaft oder mehrerer physikalischer Eigenschaften eines Matrixpolymers, wie zum Beispiel der Elastizitäts- und Temperaturcharakteristika, wie zum Beispiel der Glasübergangstemperatur und Beständigkeit gegen hohe Temperaturen, erwünscht ist.The present invention relates to exfoliated layered materials prepared by sorption (adsorption and/or absorption) of one or more water-insoluble oligomers or polymers onto exfoliated platelets of a water-swellable layered material, such as a phyllosilicate or another layered material. The present invention particularly relates to exfoliated phyllosilicate platelets having at least one layer of oligomer and/or polymer molecules sorbed onto the outer surface of exfoliated planar platelets of a layered material, such as a phyllosilicate, preferably a smectite clay. The resulting polymer or oligomer/platelet is neither completely organophilic nor completely hydrophilic, but a combination of both. The polymer or oligomer is held to the phyllosilicate platelets by an electrostatic bond and can be blended with a thermoplastic or thermosetting matrix polymer melt, preferably a thermoplastic matrix polymer, to improve one or more properties of the matrix polymer. The resulting matrix polymer/platelet composites are useful wherever polymer/filler composites are used, such as as external body panels for the automotive industry; heat resistant polymer automotive parts in contact with an engine block; tire cords for radial tires; food packaging with improved gas impermeability; electrical components: food grade beverage containers; and many other applications where altering one or more physical properties of a matrix polymer, such as elasticity and temperature characteristics such as glass transition temperature and resistance to high temperatures, is desired.

HINTERGRUND DER ERFINDUNG UND STAND DER TECHNIKBACKGROUND OF THE INVENTION AND STATE OF THE ART

Es ist weithin bekannt, dass Phyllosilikate, wie zum Beispiel Smektit-Tone, wie zum Beispiel Natriummontmorillonit und Calciummontmorillonit, mit organischen Molekülen, wie zum Beispiel organischen Ammoniumionen, zum Interkalieren der organischen Moleküle zwischen angrenzenden, planaren Silikatschichten behandelt werden können, wodurch der Zwischenschicht-Zwischenraum (Interlaminarzwischenraum) zwischen den angrenzenden Silikatschichten erheblich vergrößert wird. Die auf diese Weise behandelten, interkalierten Phyllosilikate mit Zwischenschicht-Zwischenräumen von mindestens ca. 5 Ängström, bevorzugt mindestens ca. 10-20 Ängström und bis zu ca. 100 Ängström können dann exfoliert werden, zum Beispiel werden die Silikatschichten beispielsweise mechanisch durch Mischen bei hoher Scherung getrennt. Es wurde festgestellt, wenn die einzelnen Silikatschichten mit einem Matrixpolymer vor, nach oder während der Polymerisation des Matrixpolymers, wie zum Beispiel eines Polyamids, beigemischt werden - siehe US 4,739,007; US 4,810,734 und US 5,385,776 - sie eine Eigenschaft oder mehrere Eigenschaften des Polymers, wie zum Beispiel die Charakteristika der mechanischen Festigkeit und/oder hohen Temperatur erheblich verbessern.It is widely known that phyllosilicates, such as smectite clays, such as sodium montmorillonite and calcium montmorillonite, react with organic Molecules, such as organic ammonium ions, to intercalate the organic molecules between adjacent planar silicate layers, thereby significantly increasing the interlayer space (interlaminar space) between the adjacent silicate layers. The intercalated phyllosilicates treated in this way, with interlayer spaces of at least about 5 Angstroms, preferably at least about 10-20 Angstroms and up to about 100 Angstroms, can then be exfoliated, for example the silicate layers are separated mechanically by high shear mixing, for example. It has been found that when the individual silicate layers are admixed with a matrix polymer before, after or during polymerization of the matrix polymer, such as a polyamide - see US 4,739,007; US 4,810,734 and US 5,385,776 - they significantly improve one or more properties of the polymer, such as mechanical strength and/or high temperature characteristics.

Beispielhaft für derartige Verbundstoffe auf dem Stand der Technik, auch als "Nanocomposite" bezeichnet, werden in der veröffentlichten PCT-Offenbarung von Allied Signal, Inc. WO 93/04118 und US-Patent Nr. 5,385,776 offenbart, wobei die Beimischung einzelner Plättchenpartikel, die sich von interkalierten, geschichteten Silikatmaterialien herleiten, mit einem Polymer zur Bildung einer Polymermatrix mit einer Eigenschaft oder mehreren Eigenschaften des Matrixpolymers offenbart wird, die durch die Zugabe des exfolierten Interkalats verbessert werden. Wie in WO 93/04118 offenbart, wird das Interkalat durch Adsorption eines Silan-Haftvermittlers oder eines Oniumkations, wie zum Beispiel einer quartären Ammonium Verbindung, mit einer reaktiven Gruppe, die mit dem Matrixpolymer kompatibel ist gebildet (der Zwischenschicht-Zwischenraum zwischen angrenzenden Silikat-Plättchen wird vergrößert). Von derartigen quartären Ammoniumkationen ist weithin bekannt, dass sie einen hoch hydrophilen Ton, wie zum Beispiel Natrium- oder Calciummontmorillonit, in einen organophilen Ton umwandeln, der zum Sorbieren organischer Moleküle fähig ist. Eine Veröffentlichung, welche die direkte Interkalierung (ohne Lösungsmittel) von Polystyren und Poly(ethylenoxid) in organisch modifizierten Silikaten offenbart, ist Synthesis and Properties of Two-Dimensional Nanostructures by Direct Intercalation of Polymer Melts in Layered Silicates [Synthese und Eigenschaften zweidimensionaler Nanostrukturen durch direkte Interkalierung von Polymerschmelzen in geschichteten Silikaten], Richard A. Vaia, et al. Chem. Mater., 5: 1694-1696 (1993). Auch wie in Adv, Materials, 7, Nr. 2: (1985), Seiten 154-156, New Polymer Electrolyte Nanocomposites: Melt Intercalation of Poly(Ethylene Oxide) in Mica-Type Silicates [Neue Polymerelektrolyt-Nanocomposite: Schmelzinterkalierung von Poly(ethylenoxid) in Silikaten des Glimmertyps], Richard A. Vaia et al. offenbart, kann Poly(ethylenoxid) durch 2- bis 6-stündiges Erhitzen auf 80ºC direkt zu Na-Montmorillonit und Li-Montmorillonit interkaliert werden, um einen d-Zwischenraum von 17,7 Å zu erzielen. Die Interkalierung ist von einer Verdrängung von Wassermolekülen begleitet, die zwischen den Tonplättchen mit Polymermolekülen abgelagert sind. Scheinbar konnte das interkalierte Material jedoch nicht exfoliert werden und wurde in Pelletform getestet. Es war für einen der Autoren dieser Artikel ziemlich überraschend, dass exfoliertes Material erfindungsgemäß hergestellt werden konnte.Examples of such prior art composites, also referred to as "nanocomposites," are disclosed in Allied Signal, Inc.'s published PCT disclosure WO 93/04118 and U.S. Patent No. 5,385,776, which disclose admixing individual platelet particles derived from intercalated layered silicate materials with a polymer to form a polymer matrix having one or more properties of the matrix polymer that are enhanced by the addition of the exfoliated intercalate. As disclosed in WO 93/04118, the intercalate is formed by adsorption of a silane coupling agent or an onium cation, such as a quaternary ammonium compound, having a reactive group compatible with the matrix polymer (the interlayer space between adjacent silicate platelets is increased). Such quaternary ammonium cations are widely known to convert a highly hydrophilic clay, such as sodium or calcium montmorillonite, into an organophilic clay capable of sorbing organic molecules. A publication disclosing the direct intercalation (without solvent) of polystyrene and poly(ethylene oxide) in organically modified silicates is Synthesis and Properties of Two-Dimensional Nanostructures by Direct Intercalation of Polymer Melts in Layered Silicates, Richard A. Vaia, et al. Chem. Mater., 5: 1694-1696 (1993). Also as in Adv, Materials, 7, no. 2: (1985), pp. 154-156, New Polymer Electrolyte Nanocomposites: Melt Intercalation of Poly(ethylene Oxide) in Mica-Type Silicates, Richard A. Vaia et al. disclosed, poly(ethylene oxide) can be directly intercalated to Na-montmorillonite and Li-montmorillonite by heating at 80°C for 2 to 6 hours to achieve a d-space of 17.7 Å. The intercalation is accompanied by displacement of water molecules deposited between the clay platelets with polymer molecules. Apparently, however, the intercalated material could not be exfoliated and was tested in pellet form. It was quite surprising to one of the authors of these articles that exfoliated material could be produced according to the invention.

Es wurden vorherige Versuche zum Interkalieren wasserlöslicher Polymere, wie zum Beispiel Polyvinylpyrrolidon (PVP), Polyvinylalkohol (PVA) und Poly(ethylenoxid) (PEO) zwischen Montmorillonit-Tonplättchen mit wenig Erfolg unternommen. Wie bei Levy, et al., Inlerlayer Adsorption of Polyvinylpyrrolidone on Montmorillonite [Zwischenschichtadsorption von Polyvinylpyrrolidon auf Montmorillonit], Journal of Colloid and Interface Science. Vol. 50, Nr. 3. März 1975, Seiten 442-450 beschrieben, wurden Versuche zum Sorbieren von PVP (durchschnittliches MG 40000) zwischen monoionischen Montmorillonit-Tonplättchen (Na, K, Ca und Mg) durch aufeinanderfolgendes Waschen mit absolutem Ethanol und dann dem Versuch zum Sorbieren des PVP durch Kontakt mit 1%igen PVP/Ethanol/Wasser-Lösungen, mit verschiedenen Wassermengen, über den Ersatz der Ethanol-Lösungsmittelmoleküle, die beim Waschen sorbiert wurden (um die Plättchen auf ca. 17,7 Å zu expandieren), unternommen. Nur das Natriummontmorillonit hatte sich nach Kontakt mit der PVP/Ethanol/H&sub2;O-Lösung über einen Basalzwischenraum von 20 Å hinausgehend (wie zum Beispiel 26 Å und 32 Å) bei 5% H&sub2;O expandiert. Es wurde daraus gefolgert, dass das Ethanol zur initialen Vergrößerung des Basalzwischenraumes zur späteren Sorption von PVP benötigt wurde und dass Wasser sich nicht direkt auf die Sorption von PVP zwischen den Tonplättchen (Tabelle II, Seite 445), außer auf Natriummontmorillonit, auswirkte. Die Sorption war zeitraubend und schwierig, und es war ihr wenig Erfolg beschieden.Previous attempts have been made to intercalate water-soluble polymers such as polyvinylpyrrolidone (PVP), polyvinyl alcohol (PVA), and poly(ethylene oxide) (PEO) between montmorillonite clay platelets with little success. As in Levy, et al., Inlerlayer Adsorption of Polyvinylpyrrolidone on Montmorillonite, Journal of Colloid and Interface Science. Vol. 50, No. 3, March 1975, pages 442-450, attempts were made to sorb PVP (average MW 40,000) between monoionic montmorillonite clay platelets (Na, K, Ca and Mg) by successive washing with absolute ethanol and then attempting to sorb the PVP by contact with 1% PVP/ethanol/water solutions, with various amounts of water, by replacing the ethanol solvent molecules sorbed during washing (to expand the platelets to ca. 17.7 Å). Only the sodium montmorillonite had expanded beyond a basal interspace of 20 Å (such as 26 Å and 32 Å) at 5% H₂O after contact with the PVP/ethanol/H₂O solution. It was concluded that the ethanol was needed to initially enlarge the basal interspace for subsequent sorption of PVP and that water did not directly affect the sorption of PVP between the clay platelets (Table II, page 445), except for sodium montmorillonite. Sorption was time consuming and difficult and met with little success.

Wie ferner in Greenland, Adsorption of Polyvinyl Alcohols by Montmorillonite [Adsorption von Polyvinylalkoholen durch Montmorillonit], Journal of Colloid Sciences, Vol. 18, Seiten 647-664 (1963), beschrieben, konnten Polyvinylalkohole, die 12% rückständige Acetylgruppen enthielten, den Basalzwischenraum aufgrund des sortierten Polyvinylalkohols (PVOH) um nur ca. 10 Å vergrößern. Da die Polymerkonzentration in der interkalierendes Polymer enthaltenden Lösung von 0,25% auf 4% erhöht wurde, wurde die sorbierte Polymermenge erheblich reduziert, was daraufhindeutet, dass die Sorption nur bei Polymerkonzentrationen in der interkalierendes Polymer enthaltenden Zusammensetzung in der Größenordnung von 1 Gew.-% Polymer oder weniger wirksam sein könnte. Ein derartiges Verdünnungsverfahren für die Interkalierung von Polymer in geschichtete Materialien wäre beim Trocknen der interkalierten geschichteten Materialien zur Trennung des Interkalats von dem Polymer-Träger, wie zum Beispiel Wasser, außergewöhnlich kostspielig, und deshalb wurden scheinbar keine weiteren Arbeiten in Richtung der Kommerzialisierung fertiggestellt.As further described in Greenland, Adsorption of Polyvinyl Alcohols by Montmorillonite, Journal of Colloid Sciences, Vol. 18, pp. 647-664 (1963), polyvinyl alcohols containing 12% residual acetyl groups were only able to increase the basal space due to the sorted polyvinyl alcohol (PVOH) by about 10 Å. As the polymer concentration in the intercalating polymer-containing solution was increased from 0.25% to 4%, the amount of polymer sorbed was significantly reduced, suggesting that sorption could only be effective at polymer concentrations in the intercalating polymer-containing composition on the order of 1% polymer by weight or less. Such a dilution process for intercalating polymer into layered materials would be exceptionally costly in drying the intercalated layered materials to separate the intercalate from the polymer carrier, such as water, and therefore no further work toward commercialization appears to have been completed.

Nach einem wichtigen erfindungsgemäßen Merkmal wurde gefunden, dass es am besten ist, das Phyllosilikat vor dem Kontaktieren des Phyllosilikats mit einem Polymer oder Oligomer zu exfolieren, um Polymer- oder Oligomer-gebundene Plättchen vorzusehen, die keine wesentliche Menge nicht exfolierter Phyllosilikatklumpen oder -taktoide einschließen. Beste Ergebnisse werden unter Verwendung einer Zusammensetzung aus wasserunlöslichem Oligomer (hierin definiert als ein Vorpolymer, das 2 bis ca. 15 sich wiederholende monomere Einheiten aufweist, bei denen es sich um die gleichen oder verschiedene handeln kann) oder wasserunlöslichem Polymer (hierin definiert, dass es mehr als ca. 15 sich wiederholende monomere Einheiten aufweist, bei denen es sich um die gleichen oder verschiedene handeln kann) zur Interkalierung mit einer mindestens ca. 2 gew.-%igen, bevorzugt mindestens ca. 5 gew.- %igen Oligomer- oder Polymerkonzentration, bevorzugter ca. 50 Gew.-% bis ca. 80 Gew.-% Oligomer und/oder Polymer bezogen auf das Gewicht von Oligomer und/oder Polymer und Träger (Wasser und ein Lösungsmittel für das Oligomer oder Polymer) zur Erzielung besserer Sorption der Polymere oder Oligomere an die Außenflächen der exfolierten Phyllosilikat-Plättchen erreicht. Das wasserunlösliche Oligomer oder Polymer wird an mindestens eine Außenfläche der Silikatplättchen sorbiert.In accordance with an important feature of the invention, it has been found that it is best to exfoliate the phyllosilicate prior to contacting the phyllosilicate with a polymer or oligomer to provide polymer or oligomer bound platelets that do not include a substantial amount of unexfoliated phyllosilicate clumps or tactoids. Best results are achieved using a composition of water-insoluble oligomer (defined herein as a prepolymer having from 2 to about 15 repeating monomeric units, which may be the same or different) or water-insoluble polymer (defined herein as having more than about 15 repeating monomeric units, which may be the same or different) for intercalation with a minimum of about 2 wt.%, preferably at least about 5 wt.% oligomer or polymer concentration, more preferably about 50 wt.% to about 80 wt.% oligomer and/or polymer based on the weight of oligomer and/or polymer and carrier (water and a solvent for the oligomer or polymer) to achieve better sorption of the polymers or oligomers to the outer surfaces of the exfoliated phyllosilicate platelets. The water-insoluble oligomer or polymer is sorbed to at least one outer surface of the silicate platelets.

Ein Phyllosilikat, wie zum Beispiel ein Smektit-Ton, kann durch Zugabe von Wasser und einem organischen Lösungsmittel mit einer polaren Funktionalität und dann Scheren des Phyllosilikat-/Wasser-/Lösungsmittelgernischs leicht und vollkommen exfoliert werden. Nach der Exfolierung wurde gefunden, dass sich ein wasserunlösliches Polymer und/oder ein wasserunlösliches Oligomer an die Außenflächen der exfolierten Plättchen anhaften kann, so lange das Polymer oder Oligomer eine Carbonyl-, Hydroxyl-, Carboxyl-, Amin-, Amid-, Ether-, Ester-, Sulfat-, Sulfonat-, Sulfinat- Sulfamat-, Phosphat-, Phosphonat- oder Phosphinat-Funktionalität, oder einen aromatischen Ring zum Vorsehen einer Metallkationenbindung über ein Metallkation des Phyllosilikats, das Elektronen mit zwei elektronegativen Atomen von zwei funktionellen Gruppen der Polymermoleküle teilt, an die Außenflächen der exfolierten Phyllosilikat-Plättchen aufweist. Die elektronegativen Atome können zum Beispiel Sauerstoff, Schwefel, Stickstoff und Kombinationen davon sein. Atome mit einer ausreichenden Elektronegativität zum Binden an Metallkationen an die Innenfläche der Plättchen weisen eine Elektronegativität von mindestens 2,0 und bevorzugt mindestens 2,5 auf der Pauling-Skala auf. Eine "polare Komponente" oder "polare Gruppe" wird definiert als eine Komponente mit zwei angrenzenden Atomen, die kovalent gebunden sind und einen Unterschied in der Elektronegativität von mindestens 0,5 Elektronegativitätseinheiten auf der Pauling-Skala aufweisen. Derartige Polymere verfügen über eine ausreichende Affinität zu den Phyllosilikat-Plättchen, um genügend Zwischenschicht-Zwischenraum für die Exfolierung aufrechtzuerhalten, ohne die Notwendigkeit für Haftvermittler oder Spacing-Miltel, wie zum Beispiel das Oniumion oder Silan-Haftvermittler, die in dem oben erwähnten Stand der Technik offenbart werden. Eine schematische Darstellung der Ladungsverteilung auf den Oberflächen eines Natriummontmorillonit-Tons wird in Fig. 1-3 gezeigt. Wie in Fig. 2 und 3 gezeigt, fuhrt die Lokation von Na&spplus;-Oberflächenkationen auf der Oberfläche in Bezug auf die Lokation von O-, Mg-, Si- und AI-Atomen (Fig. 1 und 2) zu einer Ladungsverteilung auf der Tonoberfläche wie schematisch in Fig. 3 gezeigt. Die Positiv-Negativ-Ladungsverteilung über die gesamte Tonoberfläche sieht ausgezeichnete Dipol/Dipol-Anziehung der polaren Komponenten der Polymermoleküle auf den Oberflächen der Tonplättchen vor.A phyllosilicate, such as a smectite clay, can be easily and completely exfoliated by adding water and an organic solvent having a polar functionality and then shearing the phyllosilicate/water/solvent mixture. After exfoliation, it has been found that a water-insoluble polymer and/or a water-insoluble oligomer can adhere to the outer surfaces of the exfoliated platelets as long as the polymer or oligomer has a carbonyl, hydroxyl, carboxyl, amine, amide, ether, ester, sulfate, sulfonate, sulfinate, sulfamate, phosphate, phosphonate or phosphinate functionality, or an aromatic ring to provide metal cation bonding to the outer surfaces of the exfoliated phyllosilicate platelets via a metal cation of the phyllosilicate that shares electrons with two electronegative atoms of two functional groups of the polymer molecules. The electronegative atoms may be, for example, oxygen, sulfur, nitrogen, and combinations thereof. Atoms having sufficient electronegativity to bind to metal cations on the inner surface of the platelets have an electronegativity of at least 2.0, and preferably at least 2.5 on the Pauling scale. A "polar component" or "polar group" is defined as a component having two adjacent atoms that are covalently bonded and have a difference in electronegativity of at least 0.5 electronegativity units on the Pauling scale. Such polymers have sufficient affinity to the phyllosilicate platelets to maintain sufficient interlayer space for exfoliation without the need for coupling agents or spacing agents, such as the onium ion or silane coupling agents disclosed in the above-mentioned prior art. A schematic representation of the charge distribution on the Surfaces of a sodium montmorillonite clay are shown in Fig. 1-3. As shown in Fig. 2 and 3, the location of Na+ surface cations on the surface with respect to the location of O, Mg, Si and Al atoms (Fig. 1 and 2) results in a charge distribution on the clay surface as shown schematically in Fig. 3. The positive-negative charge distribution over the entire clay surface provides excellent dipole/dipole attraction of the polar components of the polymer molecules on the surfaces of the clay platelets.

Sorption und elektrostatische Anziehung von Metallkationen oder Bindung eines Plättchen-Metallkations zwischen zwei Sauerstoff- oder Stickstoffatomen der Polymer- oder Oligomer-Moleküle [sic]; oder die elektrostatische Bindung zwischen den Zwischenschichtkationen in Sechs- oder Pseudosechsringen der Smektit-Plättchenschichten oder einer aromatischen Ringstruktur des Oligomers oder Polymers sieht eine festhaftende Bindung zwischen dem Polymer oder Oligomer und der Außenfläche der exfolierten Silikat-Plättchen oder anderem geschichtetem Material vor, während es individuelles Silikat-/Polymer-Nanocomposite-Material vorsieht, und ohne eine wesentliche Menge von nicht exfolierten Klumpen oder Taktoiden aus Phyllosilikat-Material einzuschließen. Phyllosilikate können vor der Beimischung mit einem Polymer oder Oligomer leicht in einzelne Phyllosilikat-Plättchen exfoliert werden, wie im Fach weithin bekannt ist.Sorption and electrostatic attraction of metal cations or bonding of a platelet metal cation between two oxygen or nitrogen atoms of the polymer or oligomer molecules [sic]; or electrostatic bonding between the interlayer cations in six- or pseudo-six-membered rings of the smectite platelet layers or an aromatic ring structure of the oligomer or polymer provides a tightly adherent bond between the polymer or oligomer and the outer surface of the exfoliated silicate platelets or other layered material, while providing individual silicate/polymer nanocomposite material and without including a substantial amount of non-exfoliated clumps or tactoids of phyllosilicate material. Phyllosilicates can be readily exfoliated into individual phyllosilicate platelets prior to admixture with a polymer or oligomer, as is well known in the art.

DEFINITIONENDEFINITIONS

Wenn immer in dieser Beschreibung verwendet, haben die dargelegten Begriffe die folgende Bedeutung:Whenever used in this description, the terms set out have the following meaning:

"Geschichtetes Material" bedeutet ein anorganisches Material, wie zum Beispiel ein Smektit-Tonmaterial, das heißt in der Form einer Vielzahl angrenzender, gebundener Schichten und weist eine maximale Dicke für jede Schicht von ca. 100 A auf."Layered material" means an inorganic material, such as a smectite clay material, that is, in the form of a plurality of adjacent, bonded layers and having a maximum thickness for each layer of approximately 100 Å.

"Plättchen" bedeuten einzelne Schichten des geschichteten Materials."Plates" mean individual layers of the layered material.

"Interkalat" oder "interkaliert" bedeutet ein geschichtetes Material, das Wassermoleküle einschließt, die zwischen angrenzenden Plättchen des geschichteten Materials zur Erhöhung des Zwischenschicht-Zwischenraums zwischen den angrenzenden Plättchen auf mindestens 10 Å abgelagert sind."Intercalate" or "intercalated" means a layered material that includes water molecules deposited between adjacent platelets of the layered material to increase the interlayer spacing between the adjacent platelets to at least 10 Å.

"Interkalierung" bedeutet ein Verfahren zum Bilden eines Interkalats."Intercalation" means a process for forming an intercalate.

"Interkalierende Zusammensetzung" bedeutet eine Zusammensetzung, die Wasser und ein organisches Lösungsmittel umfasst, das zum Auflösen eines später zugefügten wasserunlöslichen Oligomers oder Polymers fähig ist."Intercalating composition" means a composition comprising water and an organic solvent capable of dissolving a subsequently added water-insoluble oligomer or polymer.

"Exfoliat" oder exfoliert" bedeutet einzelne Plättchen eines interkalierten geschichteten Materials dergestalt, dass angrenzende Plättchen des interkalierten, geschichteten Materials einzeln zur Sorption eines wasserunlöslichen Polymers oder Oligomers dispergiert werden können."Exfoliate" or "exfoliated" means individual platelets of an intercalated layered material such that adjacent platelets of the intercalated layered material can be individually dispersed for sorption of a water-insoluble polymer or oligomer.

"Exfolierung" bedeutet ein Verfahren zum Bilden eines Exfoliats aus einem Interkalat."Exfoliation" means a process for forming an exfoliate from an intercalate.

"Nanocomposite" bedeutet ein Oligomer, Polymer oder Copolymer mit einer Vielzahl einzelner Plättchen dispergiert darin, die aus einem exfolierten Oligomer-sorbierten oder Polymer-sorbierten geschichteten Material erhalten werden."Nanocomposite" means an oligomer, polymer or copolymer having a plurality of individual platelets dispersed therein obtained from an exfoliated oligomer-sorbed or polymer-sorbed layered material.

"Matrixpolymer" bedeutet ein thermoplastisches oder wärmehärtbares Polymer, worin das Oligomer-sorbierte oder Polymer-sorbierte Exfoliat zur Bildung eines Nanocomposites dispergiert ist."Matrix polymer" means a thermoplastic or thermosetting polymer in which the oligomer-sorbed or polymer-sorbed exfoliate is dispersed to form a nanocomposite.

"Polymer/Träger-Zusammensetzung" bedeutet eine Zusammensetzung, die ein wasserunlösliches Polymer und/oder ein wasserunlösliches Oligomer; ein Lösungsmittel, das zur Löslichmachung des Polymers und/oder Oligomers fähig ist; und Wasser enthält."Polymer/carrier composition" means a composition containing a water-insoluble polymer and/or a water-insoluble oligomer; a solvent capable of solubilizing the polymer and/or oligomer; and water.

"Taktoid" bedeutet ein Paket aus zwei oder mehr Plättchen-Schichten aus interkaliertem Ton, das als eine Einheit wirkt."Tactoid" means a package of two or more platelet layers of intercalated Sound that acts as a unit.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNGSUMMARY OF THE INVENTION

Kurzgefasst richtet sich die vorliegende Erfindung an exfolierte Plättchen eines Phyllosilikat-Materials, die durch eine Beimischung des Phyllosilikats mit Wasser und einem Lösungsmittel für ein wasserunlösliches Oligomer oder Polymer, das nach Exfolierung des Phyllosilikates sorbiert oder elektrostatisch an die Innenflächen der Phyllosilikat-Plättchen gebunden ist, exfoliert werden. Interkalierung und Exfolierung können über Kontakt des Phyllosilikats mit einem organischen Lösungsmittel und Wasser zur elektrostatischen Bindung einer polaren Komponente oder mehrerer polarer Komponenten aus dem organischen Lösungsmittel an ein Metallkation an den Plättchen-Innenflächen erreicht werden, damit auf diese Weise nach der Verdampfung des zur Interkalierung des organischen Lösungsmittels zwischen Phyllosilikat-Plättchen verwendeten Wassers, die Plättchen dann nicht zusammenkollabieren, sondern exfoliert bleiben. Das verwendete organische Lösungsmittel sollte zum Lösen mindestens eines Anteils des später zugefügten wasserunlöslichen Polymers fähig sein; muss zum ausreichenden Interkalieren zwischen Phyllosilikat-Plättchen, zusammen mit Wasser, zur sich anschließenden Exfolierung der Phyllosilikat-Plättchen, falls notwendig unter Scheren fähig sein; und muss an die Innenflächen der exfolierten Tonplättchen ausreichend elektrostatisch gebunden sein, um die Plättchen nach Dehydratation der exfolierten Plättchen/Lösungsmittel/Wasser-Zusammensetzung in dem exfolierten Zustand aufrechtzuerhalten. Zu geeigneten Lösungsmitteln zählen ... γ-Butyrolacton; 2-Pyrrolidon; n-Methylpyrrolidon; Dimethylsulfoxid (DMSO); Isophoron; Diglyme (Diethylenglycoldimethylether); Caprolactam; Furfurylalkohol; Tetrahydrofuran und Gemische davon.Briefly, the present invention is directed to exfoliated platelets of a phyllosilicate material which are exfoliated by admixing the phyllosilicate with water and a solvent for a water-insoluble oligomer or polymer which is sorbed or electrostatically bonded to the inner surfaces of the phyllosilicate platelets after exfoliation of the phyllosilicate. Intercalation and exfoliation can be achieved by contacting the phyllosilicate with an organic solvent and water to electrostatically bond a polar component or components from the organic solvent to a metal cation on the inner surfaces of the platelets, so that after evaporation of the water used to intercalate the organic solvent between phyllosilicate platelets, the platelets do not collapse but remain exfoliated. The organic solvent used should be capable of dissolving at least a portion of the water-insoluble polymer added later; must be capable of sufficiently intercalating between phyllosilicate platelets, together with water, for subsequent exfoliation of the phyllosilicate platelets, if necessary under shearing; and must be sufficiently electrostatically bonded to the inner surfaces of the exfoliated clay platelets to maintain the platelets in the exfoliated state after dehydration of the exfoliated platelet/solvent/water composition. Suitable solvents include... γ-butyrolactone; 2-pyrrolidone; n-methylpyrrolidone; dimethyl sulfoxide (DMSO); isophorone; diglyme (diethylene glycol dimethyl ether); caprolactam; furfuryl alcohol; tetrahydrofuran, and mixtures thereof.

Nach Exfolierung des Phyllosilikats werden die exfolierten Plättchen mit einer Polymer/Träger-Zusammensetzung in Kontakt gebracht, die ein wasserunlösliches Polymer oder wasserunlösliches Oligomer und ein Lösungsmittel für das wasserunlösliche Polymer oder Oligomer einschließt. Nach dem Exfolieren des Phyllosilikats und vor dem Polymer-Kontakt werden die einzelnen Phyllosilikat-Plättchen mit der Polymer-/Träger-Zusammensetzung zum Sorbieren des wasserunlöslichen Polymers oder wasserunlöslichen Oligomers an eine Oberfläche oder beide Oberflächen der exfolierten Phyllosilikat-Plättchen und Austreiben des anhaftenden Lösungsmittels in Kontakt gebracht. Ausreichendes Polymer wird an der/den Oberfläche(n) der Phyllosilikat-Plättchen sorbiert, um mindestens eine molekulare Polymer- oder Oligomer-Schicht über mindestens einer exponierten Plättchen-Oberfläche von jeweils jedem Plättchen vorzusehen.After exfoliation of the phyllosilicate, the exfoliated platelets are contacted with a polymer/carrier composition including a water-insoluble polymer or water-insoluble oligomer and a solvent for the water-insoluble polymer or oligomer. After exfoliation of the phyllosilicate and prior to polymer contact, the individual phyllosilicate platelets are contacted with the polymer/carrier composition to sorb the water-insoluble polymer or water-insoluble oligomer to one or both surfaces of the exfoliated phyllosilicate platelets and drive off the adhering solvent. Sufficient polymer is sorbed to the surface(s) of the phyllosilicate platelets to provide at least one molecular layer of polymer or oligomer over at least one exposed platelet surface of each platelet.

Das an die Oberflächen der Phyllosilikat-Plättchen sorbierte organische Lösungsmittel sollte eine Affinität zu dem Phyllosilikat dergestalt haben, dass es daran sorbiert und in Assoziation mit den Silikat-Plättchenoberflächen aufrechterhalten wird, bis die exfolierten Plättchen mit einer wasserunlöslichen Polymerschmelze, in einem Lösungsmittel für das wasserunlösliche Polymer, in Kontakt gebracht werden. Erfindungsgemäß sollte das organische Lösungsmittel einen aromatischen Ring einschließen und/oder eine Funktionalität aufweisen, ausgewählt aus der Gruppe, die aus Carbonyl; Carboxyl; Hydroxyl; Amid; Ether oder Ester besteht, um ausreichend an die Oberfläche der Phyllosilikat-Plättchen gebunden zu werden. Es wird hierdurch theoretisiert, dass das Lösungsmittel durch einen Mechanismus an die Innenfläche der Phyllosilikat-Plättchen gebunden wird, der aus der Gruppe ausgewählt wird, die aus Metallkationenbindung oder -Komplexbildung, wie zum Beispiel Chelatbildung; ionische Komplexbildung; elektrostatische Komplexbildung; Wasserstoffbindung; Dipol/Dipol; Van-der-Waal- Kräften und jedweder Kombination davon dergestalt besteht, dass ein Metallkation eines Phyllosilikats Elektronen mit zwei Carbonyl-, zwei Carboxyl-, zwei Hydroxyl-, zwei Sauerstoff-, zwei Ether-, zwei Ester-, zwei aromatischen Ring- und/oder zwei Amid-Funktionalitäten von einem organischen Lösungsmittelmolekül oder zwei organischen Lösungsmittelmolekülen teilt. Derartige organische Lösungsmittel besitzen eine ausreichende Affinität zu den Oberflächen der Phyllosilikat-Plättchen, um ausreichend an die Oberflächen der Phyllosilikat-Plältchen gebunden zu werden, ohne die Notwendigkeit für Haftvermittler oder Spacing-Mittel, wie zum Beispiel das Oniumion oder Silan-Haftvermittler, die in dem oben erwähnten Stand der Technik erwähnt werden.The organic solvent sorbed to the surfaces of the phyllosilicate platelets should have an affinity for the phyllosilicate such that it is sorbed thereto and maintained in association with the silicate platelet surfaces until the exfoliated platelets are contacted with a water-insoluble polymer melt in a solvent for the water-insoluble polymer. According to the invention, the organic solvent should include an aromatic ring and/or have a functionality selected from the group consisting of carbonyl; carboxyl; hydroxyl; amide; ether or ester to be sufficiently bound to the surface of the phyllosilicate platelets. It is hereby theorized that the solvent is bound to the inner surface of the phyllosilicate platelets by a mechanism selected from the group consisting of metal cation binding or complex formation, such as chelation; ionic complex formation; electrostatic complex formation; hydrogen bonding; dipole/dipole; Van der Waal forces and any combination thereof such that a metal cation of a phyllosilicate shares electrons with two carbonyl, two carboxyl, two hydroxyl, two oxygen, two ether, two ester, two aromatic ring and/or two amide functionalities of one or two organic solvent molecules. Such organic solvents have sufficient affinity to the surfaces of the phyllosilicate platelets to be sufficiently bound to the surfaces of the phyllosilicate platelets without the need for coupling agents or spacing agents such as the onium ion or silane coupling agents described in the above-mentioned State of the art should be mentioned.

Die Sorption des organischen Lösungsmittels sollte ausreichend sein, um Expansion angrenzender Plättchen des geschichteten Materials (wenn trocken gemessen) zu einem Zwischenschicht-Zwischenraum von mindestens ca. 5 Å, bevorzugt mindestens ca. 10 Å, bevorzugter einem Zwischenraum von mindestens ca. 20 Å und am bevorzugtesten einem Zwischenraum von ca. 30-45 Å zu erreichen. Zum Erreichen ausreichender Sorption des wasserunlöslichen Polymers oder Oligomers an die Basaloberfläche der exfolierten Phyllosilikat-Plättchen sollte die Konzentration des organischen Lösungsmittels in der interkalierenden Zusammensetzung aus organischem Lösungsmittel/Wasser, welche das Phyllosilikat kontaktiert, mindestens ca. 2 Gew.-%, bevorzugt mindestens ca. 5 Gew.-%, bevorzugter mindestens 15 Gew.-% und am bevorzugtesten mindestens ca. 20 Gew.-% organisches Lösungsmittel, zum Beispiel ca. 25% bis ca. 100 Gew.-% organisches Lösungsmittel bezogen auf das Trockengewicht des Phyllosilikats betragen, das durch die interkalierende Zusammensetzung kontaktiert wird.The sorption of the organic solvent should be sufficient to achieve expansion of adjacent platelets of the layered material (when measured dry) to an interlayer spacing of at least about 5 Å, preferably at least about 10 Å, more preferably a spacing of at least about 20 Å, and most preferably a spacing of about 30-45 Å. To achieve sufficient sorption of the water-insoluble polymer or oligomer to the basal surface of the exfoliated phyllosilicate platelets, the concentration of organic solvent in the organic solvent/water intercalating composition contacting the phyllosilicate should be at least about 2 wt.%, preferably at least about 5 wt.%, more preferably at least 15 wt.%, and most preferably at least about 20 wt.% organic solvent, for example about 25% to about 100 wt.% organic solvent based on the dry weight of the phyllosilicate contacted by the intercalating composition.

Eine derartige Interkalierung von organischen Lösungsmittel-Polymermolekülen zwischen Plättchen eines Phyllosilikats dergestalt, dass das Phyllosilikat leicht exfoliert werden und die Exfolierung selbst nach der Wasserentfernung aufrechterhalten werden kann [sie]. Es wurde ferner gefunden, dass eine komplettere Exfolierung des Phyllosilikats erreicht wird, wenn das Phyllosilikat vor dem Kontakt mit dem Polymer oder Oligomer exfoliert wird. Derartige organische Lösungsmittel-sorbierte Plättchen sind besonders nützlich in Beimischung mit thermoplastischen oder wärmehärtbaren Matrixpolymerschmelzen bei der Herstellung polymerer Artikel, welche die exfolierten Plättchen enthalten, da die exfolierten Plättchen, wenn sie der Polymerschmelze zugefügt werden, die zur Dehydratation der exfolierten Plättchen führt, nicht zurück in die ursprüngliche geschichtete Struktur des Phyllosilikats kollabieren; und zur Beimischung der exfolierten Polymer- oder Oligomer-sorbierten Plättchen mit polaren Lösungsmitteln bei der Modifikation der Rheologie, wie zum Beispiel von Kosmetika, Ölbohrflüssigkeiten, bei der Herstellung von Öl und Schmierfett und dergleichen.Such intercalation of organic solvent polymer molecules between platelets of a phyllosilicate such that the phyllosilicate can be readily exfoliated and the exfoliation can be maintained even after water removal. It has further been found that more complete exfoliation of the phyllosilicate is achieved if the phyllosilicate is exfoliated prior to contact with the polymer or oligomer. Such organic solvent sorbed platelets are particularly useful in admixture with thermoplastic or thermosetting matrix polymer melts in the manufacture of polymeric articles containing the exfoliated platelets because the exfoliated platelets do not collapse back into the original layered structure of the phyllosilicate when added to the polymer melt resulting in dehydration of the exfoliated platelets; and for admixing the exfoliated polymer or oligomer sorbed platelets with polar solvents in rheology modification, such as cosmetics, oil drilling fluids, in the manufacture of oil and grease, and the like.

Um den vollen Vorteil der vorliegenden Erfindung zu erreichen, wird ein das Phyllosilikat enthaltendes Gel durch Mischen des Phyllosilikats mit Wasser und einem organischen Lösungsmittel hergestellt, das eine polare Funktionalität, wie zum Beispiel Folgendes aufweist: einen aromatischen Ring; ein Carboxyl; Carbonyl; Hydroxyl; Amid; Ether oder Ester dergestalt, dass ein Metallkation des Phyllosilikats Elektronen mit zwei Carboxyl-, zwei Carbonyl-, zwei Hydroxyl-, zwei Sauerstoff-, zwei Ether-, zwei Ester-, zwei aromatischen Ring- und/oder zwei Amid-Funktionalitäten von einem organischen Lösungsmittelmolekül oder zwei organischen Lösungsmittelmolekülen teilt. Die Kombination aus Wasser und organischem Lösungsmittel ist zum Interkalieren zwischen Phyllosilikat-Plättchenschichten fähig, um die Schichten ausreichend mit einem Zwischenraum dazwischen dergestalt anzuordnen, dass die Plättchen vorwiegend in ein Übergewicht einzelner Schichten und Taktoide getrennt werden, die 1 Phyllosilikat- Plättchen bis 5 aufeinandergestapelte Phyllosilikat-Plättchen, vorwiegend eine Kombination aus einzelnen Plättchen und Taktoiden einschließen, die 2 bis ca. 4 Plättchenschichten aufweisen, die mit organischem Lösungsmittel elektrostatisch an die Innenflächen der Plättchen gebunden werden.To achieve the full benefit of the present invention, a gel containing the phyllosilicate is prepared by mixing the phyllosilicate with water and an organic solvent having a polar functionality such as: an aromatic ring; a carboxyl; carbonyl; hydroxyl; amide; ether or ester such that a metal cation of the phyllosilicate shares electrons with two carboxyl, two carbonyl, two hydroxyl, two oxygen, two ether, two ester, two aromatic ring and/or two amide functionalities of one or two organic solvent molecules. The combination of water and organic solvent is capable of intercalating between phyllosilicate platelet layers to sufficiently space the layers between such that the platelets are separated predominantly into a predominance of individual layers and tactoids including 1 phyllosilicate platelet to 5 stacked phyllosilicate platelets, predominantly a combination of individual platelets and tactoids having 2 to about 4 platelet layers that are electrostatically bonded to the inner surfaces of the platelets with organic solvent.

Das zur Bildung des Phyllosilikat enthaltenden Gels (Gel A der Beispiele) verwendete organische Lösungsmittel sollte entweder ausreichend mit Wasser zur Bildung einer Emulsion mit Wasser kompatibel sein, oder es kann ein Co-Solvens zugefügt werden, um die Kombination aus Wasser und organischen Lösungsmitteln herzustellen, die ausreichend kompatibel ist, damit das Gemisch mit dem Phyllosilikat in ein thixotropes Gel geschert werden kann. Das zur Bildung des Gels verwendete organische Lösungsmittel sollte bevorzugt einen Siedepunkt aufweisen, der über ca. 75ºC dergestalt liegt, damit nach Erhitzen des Gels auf eine Temperatur von ca. 100ºC-130ºC das Gel ohne Gesamtverlust von organischem Lösungsmittel aus dem Gel dehydratisiert werden kann. Die elektrostatische Bindung des organischen Lösungsmittels an die Innenflächen der Phyllosilikat-Plättchen erhöht jedoch erheblich die für die Trennung des Lösungsmittels von den Phyllosilikat-Oberflächen erforderliche Energie dergestalt, dass fast jedes organische Lösungsmittel, das eine der oben erwähnten Funktionalität oder mehrere der oben erwähnten Funktionalitäten enthält, zur Herbeiführung des Gels funktioniert und nach der Dehydratation des Gels an der/den Plättchenoberfläche(n) fixiert bleibt.The organic solvent used to form the phyllosilicate-containing gel (Gel A of the Examples) should either be sufficiently compatible with water to form an emulsion with water, or a co-solvent may be added to produce the combination of water and organic solvents sufficiently compatible to allow the mixture to be sheared with the phyllosilicate into a thixotropic gel. The organic solvent used to form the gel should preferably have a boiling point above about 75°C such that after heating the gel to a temperature of about 100°C-130°C, the gel can be dehydrated without total loss of organic solvent from the gel. However, the electrostatic binding of the organic solvent to the inner surfaces of the phyllosilicate platelets significantly increases the energy required to separate the solvent from the phyllosilicate surfaces, such that almost any organic solvent containing one or more of the above-mentioned functionalities can be used to induce the gel. works and remains fixed to the platelet surface(s) after dehydration of the gel.

Nach der Gelbildung und Dehydratation des Gels weisen die überwiegend einzelnen Plättchen und Taktoide von 2-4 Plättchenschichten das organische Lösungsmittel gebunden an die Innenflächen der Plättchen dergestalt auf, dass die Dehydratation nicht den Kollaps der Plättchen in eine geschichtete Struktur mit mehr als 5 aufeinandergestapelten Plättchen verursacht.After gel formation and dehydration of the gel, the predominantly individual platelets and tactoids of 2-4 platelet layers have the organic solvent bound to the inner surfaces of the platelets in such a way that dehydration does not cause the collapse of the platelets into a layered structure with more than 5 platelets stacked on top of each other.

Das Gel wird dann mit einem wasserunlöslichen Polymer und einem Lösungsmittel für das wasserunlösliche Polymer gemischt, und das Polymer wird durch Erhitzen des Gemischs auf eine Temperatur geschmolzen, die zum Schmelzen des Polymers ausreicht. Es wurde gefunden, wenn das Polymer mit einem Lösungsmittel aufgelöst und mit dem Gel gemischt wird, dass die Schmelztemperatur um ca. 5-20ºC unter seine Feststoffschmelztemperatur gesenkt wird. Bevorzugt ist mindestens eines der zum Lösen des wasserunlöslichen Polymers verwendeten organischen Lösungsmittel das gleiche wie das zur Bildung des Phyllosilikat-Gels verwendete organische Lösungsmittel, um Lösungskompatibilität zu gewährleisten. Sollte das Polymer-lösende Lösungsmittel sich von dem gelbildenden Lösungsmittel unterscheiden, dann sollten die beiden Lösungsmittel kompatibel sein, oder es kann ein Co-Solvens für den Zweck zugefügt werden, ein kompatibles Gemisch aus Wasser und organischen Lösungsmitteln vorzusehen, die zusammen mit den Phyllosilikat-Plättchen und -Taktoiden während des Mischens und Erhitzens während der sequenziellen Verdampfung des Wassers; Schmelzens des Polymers und dann Verdampfung der organischen Lösungsmittel als ein thixotropes Gel zurückbleiben. Wie in Beispiel 1 unten gezeigt, unterstützt die Zugabe eines Co-Solvens, wie zum Beispiel Methylethylketon (MEK) die Dehydratation des Gels, so wird theoretisiert, durch Bildung eines Azeotrops mit dem Wasser, wenn zur Bildung eines azeotropen Gemisches aus Wasser und MEK genügend Wasser verdampft wurde. Vorausgesetzt, dass genügend Zeit zur Wasserverdampfung zur Verfügung steht, kann das Gel im Wesentlichen jedoch zu weniger als ca. 1 Gew.-% Wasser vollständig dehydratisiert werden, ohne eine azeotrope Zusammensetzung mit einem organischen Lösungsmittel zu bilden. Die bevorzugten kompatibilisierenden Lösungsmittel zum Gebrauch mit Polymer-lösenden Lösungsmitteln, die nicht mit Wasser kompatibel sind, werden aus der Gruppe ausgewählt, die aus g-Butyrolacton - The gel is then mixed with a water insoluble polymer and a solvent for the water insoluble polymer, and the polymer is melted by heating the mixture to a temperature sufficient to melt the polymer. It has been found that when the polymer is dissolved with a solvent and mixed with the gel, the melting temperature is reduced by approximately 5-20°C below its solid melting temperature. Preferably, at least one of the organic solvents used to dissolve the water insoluble polymer is the same as the organic solvent used to form the phyllosilicate gel to ensure solution compatibility. Should the polymer-dissolving solvent be different from the gel-forming solvent, then the two solvents should be compatible, or a co-solvent may be added for the purpose of providing a compatible mixture of water and organic solvents which, together with the phyllosilicate platelets and tactoids, will evaporate during mixing and heating during sequential evaporation of the water; melting the polymer and then evaporating the organic solvents to leave a thixotropic gel. As shown in Example 1 below, the addition of a co-solvent such as methyl ethyl ketone (MEK) aids in the dehydration of the gel, it is theorized, by forming an azeotrope with the water when enough water has been evaporated to form an azeotropic mixture of water and MEK. However, provided that sufficient time is allowed for water evaporation, the gel can be essentially completely dehydrated to less than about 1 wt.% water without forming an azeotropic composition with an organic solvent. The preferred compatibilizing solvents for use with polymer dissolving solvents that are not compatible with water are selected from the group consisting of g-butyrolactone -

γ-Butyrolacton und Diglyme (CH&sub3;-O-CH&sub2;-CH&sub2;-O-CH&sub2;-CH&sub2;-O-CH&sub3;) und γ-Butyrolacton, Diglyme und Methylethylketon besteht.γ-butyrolactone and diglyme (CH₃-O-CH₂-CH₂-O-CH₂-CH₂-O-CH₃) and γ-butyrolactone, diglyme and methyl ethyl ketone.

Bei Zufügen zu einem Matrixpolymer sind zum Beispiel die mit organischem Lösungsmittel sorbierten Plättchen überwiegend vollkommen in einzelne Plättchen getrennt oder exfoliert oder enthalten ein Übergewicht einer Kombination aus einzelnen Plättchen und Taktoiden, die eine mittlere Anzahl aufeinandergestapelter Plättchen enthalten, die zahlenmäßig 4 oder weniger, bevorzugt 3 oder 1 ausmachen. Sobald sie exfoliert sind, werden die ursprünglich angrenzenden Plättchen nicht länger zurückgehalten in oder kollabieren nicht mehr zurück zu Taktoiden, die eine parallele, mit Zwischenraum angeordnete Ablagerung mit 5 oder mehr Plättchen aufweisen, sondern sind frei, sich als überwiegend einzelne Plättchen und 2-4 Plättchen-Taktoide überall in einer Matrixpolymerschmelze, selbst nach der Dehydratation, zu bewegen, um ähnlich einem Füller auf Nanoskala für das Matrixpolymer zu wirken. Sobald sie mit einem Matrixpolymer kombiniert sind, verdrängen die wasserunlöslichen Polymermoleküle die relevanten Moleküle und das Verbundmaterial setzt sich und wird in eine gewünschte Form gehärtet, die einzelnen Polymer-sorbierten oder Oligomer-sorbierten Phyllosilikat-Plättchen werden permanent in Position fixiert und werden zufällig, homogen und gleichmäßig, überwiegend als einzelne Plättchen, überall in dem Matrixpolymer/Plättchen-Verbundmaterial dispergiert.For example, when added to a matrix polymer, the organic solvent-sorbed platelets are predominantly completely separated or exfoliated into individual platelets or contain a predominance of a combination of individual platelets and tactoids containing an average number of stacked platelets numbering 4 or less, preferably 3 or 1. Once exfoliated, the originally adjacent platelets are no longer retained in or collapse back into tactoids comprising a parallel, spaced-apart deposit of 5 or more platelets, but are free to move as predominantly individual platelets and 2-4 platelet tactoids throughout a matrix polymer melt, even after dehydration, to act similarly to a nanoscale filler for the matrix polymer. Once combined with a matrix polymer, the water-insoluble polymer molecules displace the relevant molecules and the composite material sets and is cured into a desired shape, the individual polymer-sorbed or oligomer-sorbed phyllosilicate platelets are permanently fixed in position and become randomly, homogeneously and uniformly dispersed, predominantly as individual platelets, throughout the matrix polymer/platelet composite material.

Wie erkannt, ist die Dicke der exfolierten, mit organischem Lösungsmittel sortierten einzelnen Plättchen (ca. 5-10 Å) im Vergleich zu der Größe der flachen gegenüberliegenden Plättchenflächen relativ klein. Die Plättchen besitzen ein Aspektverhältnis in dem Bereich von ca. 200 bis ca. 4000. Das Dispergieren derartig fein verteilter Plättchen-Partikel in einer Polymerschmelze sieht eine sehr große Kontaktfläche zwischen Polymer und Plättchenpartikeln für ein gegebenes Partikelvolumen in dem Verbundstoff und einen hohen Grad an Plättchenhomogenität in dem Verbundmaterial vor. Da sich die Polymerschmelzen ferner bei Temperaturen befinden, die das für die Lösungsmittel-Interkalierung verwendete Wasser verdampfen, werden die Plättchen in der Polymerschmelze dehydratisiert, aber kollabieren überraschenderweise nicht zurück in ihre ursprüngliche Phyllosilikat-Struktur (die Exfolierung wird aufrechterhalten).As seen, the thickness of the exfoliated organic solvent sorted individual platelets (ca. 5-10 Å) is relatively small compared to the size of the flat opposing platelet faces. The platelets have an aspect ratio in the range of ca. 200 to ca. 4000. Dispersing such finely divided platelet particles in a polymer melt provides a very large contact area between polymer and platelet particles for a given particle volume in the composite and a high degree of platelet homogeneity in the composite. Furthermore, since the polymer melts are at temperatures that evaporate the water used for solvent intercalation, the platelets in the polymer melt are dehydrated but, surprisingly, do not collapse back to their original phyllosilicate structure (exfoliation is maintained).

Während die in WO 93/04118 offenbarten Nanocomposite ein Quellungs-/Kompatibilisierungsmittel, wie zum Beispiel einen Silan-Haftvermittler, oder ein quarternäres Ammoniummolekül erforderlich machen, das distinkte Bindungsinteraktionen mit sowohl dem Polymer als auch dem Plättchen-Partikel zur Erreichung verbesserter Eigenschaften in dem Polymer aufweist, brauchen die mit Polymer beladenen exfolierten Plättchen, die erfindungsgemäß hergestellt werden, keinen Haftvermittler für die Interkalierung und Sorption der organischen Lösungsmittel-Moleküle oder für die Polymer- oder Oligomermoleküle aufzuweisen, die später an die Oberflächen der Phyllosilikat-Plättchen gebunden werden.While the nanocomposites disclosed in WO 93/04118 require a swelling/compatibilizing agent, such as a silane coupling agent, or a quaternary ammonium molecule that has distinct bonding interactions with both the polymer and the platelet particle to achieve improved properties in the polymer, the polymer-loaded exfoliated platelets prepared according to the invention do not need to have a coupling agent for the intercalation and sorption of the organic solvent molecules or for the polymer or oligomer molecules that are later bound to the surfaces of the phyllosilicate platelets.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGENBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

Fig. 1 ist eine schematische Darstellung einer Draufsicht von Natriummontmorillonit-Ton, der die ionische Ladungsverteilung für die Oberflächen und Zwischenschichtflächen des Natriummontmorillonit-Tons zeigt, welche sowohl Na'-Ionen als die größten Kreise als auch Magnesium- und Aluminiumionen und Si- und Sauerstoff-(Ox)-Atome zeigen, die unter den Natriumionen abgelagert sind;Figure 1 is a schematic representation of a top view of sodium montmorillonite clay showing the ionic charge distribution for the surfaces and interlayer areas of the sodium montmorillonite clay showing both Na' ions as the largest circles and magnesium and aluminum ions and Si and oxygen (Ox) atoms deposited beneath the sodium ions;

Fig. 2 ist eine Seitenansicht (bc-Projektion) der schematischen Darstellung von Fig. 1;Fig. 2 is a side view (bc projection) of the schematic representation of Fig. 1;

Fig. 3 ist eine schematische Darstellung von der Ladungsverteilung auf den Oberflächen von Natriummontmorillonit-Tonplättchen, welche die Verteilung von positiven und negativen Ladungen auf den Tonplättchen-Oberflächen aufgrund der natürlichen Ablagerung von den Na-, Mg-, Al-, Si- und O-Atomen des in Fig. 1 und 2 gezeigten Tons zeigen;Fig. 3 is a schematic representation of the charge distribution on the surfaces of sodium montmorillonite clay platelets, showing the distribution of positive and negative charges on the clay platelet surfaces due to the natural deposition of the Na, Mg, Al, Si and O atoms of the clay shown in Figs. 1 and 2;

Fig. 4 ist eine Röntgendiffraktionsaufnahme für einen Komplex aus Natriummontmorillonit-Ton und Polypropylen, der nach Beispiel 1 hergestellt wurde;Figure 4 is an X-ray diffraction pattern for a complex of sodium montmorillonite clay and polypropylene prepared according to Example 1;

Fig. 5 ist eine Röntgendiffraktionsaufnahme für das Gel, das nach Beispiel 2 hergestellt wurde, das die vollständige Exfolierung der Tonplättchen zeigt;Figure 5 is an X-ray diffraction pattern for the gel prepared according to Example 2 showing complete exfoliation of the clay platelets;

Fig. 6 ist eine Röntgendiffraktionsaufnahme für einen Komplex aus Natriummontmorillonit-Ton und Ethylen-Vinylalkohol-Polymer, der nach Beispiel 2 hergestellt wurde;Figure 6 is an X-ray diffraction pattern for a complex of sodium montmorillonite clay and ethylene-vinyl alcohol polymer prepared according to Example 2;

Fig. 7 ist eine Röntgendiffraktionsaufnahme für einen Komplex aus Natriummontmorillonit-Ton und Ethylen-Vinylalkohol-Polymer, der nach Beispiel 3 hergestellt wurde;Figure 7 is an X-ray diffraction pattern for a complex of sodium montmorillonite clay and ethylene-vinyl alcohol polymer prepared according to Example 3;

Fig. 8 ist eine Röntgendiffraktionsaufnahme für ein Gemisch aus Natriummontmorillonit-Ton und Ethylen-Vinylalkohol-Polymer, das nach Beispiel 4 hergestellt wurde; undFig. 8 is an X-ray diffraction pattern for a mixture of sodium montmorillonite clay and ethylene-vinyl alcohol polymer prepared according to Example 4; and

Fig. 9 ist eine Röntgendiffraktionsaufnahme für ein Gemisch aus Natriummontmorillonit-Ton und Ethylen-Vinylalkohol-Polymer, das nach Beispiel 5 hergestellt wurde.Figure 9 is an X-ray diffraction pattern for a mixture of sodium montmorillonite clay and ethylene-vinyl alcohol polymer prepared according to Example 5.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMENDETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS

Zur Bildung der Verbundmaterialien der vorliegenden Erfindung sollte das Phyllosilikat mit Wasser und einem organischen Lösungsmittel zuerst interkaliert, dann exfoliert und schließlich die exfolierten Plättchen mit einer wasserunlöslichen Polymer/Träger-Zusammensetzung, die ein Lösungsmittel für das wasserunlösliche Polymer oder Oligomer einschließt, kontaktiert werden. Das wasserunlösliche Oligomer oder Polymer sollte einen aromatischen Ring und/oder eine Funktionalität einschließen, ausgewählt aus der Gruppe, die aus Folgendem besteht: Carbonyl-; Carboxyl-; Hydroxyl-; Amin-; Amid-; Ether-; Ester-; Sulfat-; Sulfonat-; Sulfinat-; Sulfamat-; Phosphat; Phosphonat- oder Phosphinat-Funktionalität; oder einem aromatischen Ring oder Kombinationen davon.To form the composite materials of the present invention, the phyllosilicate should be first intercalated with water and an organic solvent, then exfoliated, and finally the exfoliated platelets should be contacted with a water-insoluble polymer/carrier composition that includes a solvent for the water-insoluble polymer or oligomer. The water-insoluble oligomer or polymer should include an aromatic ring and/or functionality selected from the group consisting of: carbonyl; carboxyl; hydroxyl; amine; amide; ether; ester; sulfate; sulfonate; sulfinate; sulfamate; phosphate; phosphonate or phosphinate functionality; or an aromatic ring or combinations thereof.

Interkalierung und Exfolierung werden durch Mischen des Phyllosilikats mit Wasser und einem Lösungsmittel für ein später zugefügtes wasserunlösliches Oligomer oder Polymer erreicht. Das organische Lösungsmittel wird zwischen Phyllosilikat-Plättchen interkaliert und wird an die Innenflächen der Plättchen angehaftet, so wird theoretisiert, durch Binden einer polaren Komponente oder mehrerer polarer Komponenten aus dem organischen Lösungsmittel an ein Metallkation an die Plättchen-Innenfläche dergestalt, dass nach Verdampfung des für die Interkalierung des organischen Lösungsmittels zwischen den Phyllosilikat-Plättchen verwendeten Wassers die Plättchen dann nicht zusammenkollabieren, sondern exfoliert bleiben. Das verwendete organische Lösungsmittel sollte zum Lösen von mindestens einem Anteil des später zugefügten wasserunlöslichen Polymers fähig sein; muss zum ausreichenden Interkalieren zwischen Phyllosilikat-Plättchen, zusammen mit Wasser, zur anschließenden Exfolierung der Phyllosilikat-Plättchen, falls nötig unter Scherung fähig sein; und muss ausreichend elektrostatisch an die Innenflächen der exfolierten Tonplättchen gebunden sein, um die Plättchen nach Dehydratation der exfolierten Plättchen/Lösungsmittel/Wasser-Zusammensetzung in dem exfolierten Zustand aufrechtzuerhalten.Intercalation and exfoliation are achieved by mixing the phyllosilicate with water and a solvent for a later added water-insoluble oligomer or polymer. The organic solvent is intercalated between phyllosilicate platelets and is adhered to the inner surfaces of the platelets, it is theorized, by binding a polar component or components from the organic solvent to a metal cation on the platelet inner surface such that after evaporation of the water used to intercalate the organic solvent between the phyllosilicate platelets, the platelets then do not collapse together but remain exfoliated. The organic solvent used should be capable of dissolving at least a portion of the later added water-insoluble polymer; must be capable of sufficiently intercalating between phyllosilicate platelets, together with water, for subsequent exfoliation of the phyllosilicate platelets, if necessary under shear; and must be sufficiently electrostatically bonded to the inner surfaces of the exfoliated clay platelets to maintain the platelets in the exfoliated state following dehydration of the exfoliated platelet/solvent/water composition.

Das an die Oberflächen der Phyllosilikat-Plättchen sorbierte organische Lösungsmittel sollte eine Affinität zu dem Phyllosilikat dergestalt besitzen, dass es an die Oberflächen der Silikat-Plättchen sorbiert und mit ihnen assoziiert aufrechterhalten wird, bis die exfolierten Plättchen auf eine Temperatur erhitzt sind, die zum Freisetzen des organischen Lösungsmittels aus den Plättchen ausreicht oder bis die Plättchen mit einer wasserunlöslichen Polymerschmelze und einem Lösungsmittel für das wasserunlösliche Polymer kontaktiert werden. Erfindungsgemäß sollte das organische Lösungsmittel einen aromatischen Ring einschließen und/oder eine Funktionalität aufweisen, ausgewählt aus der Gruppe, die aus Folgendem besteht: einer Carbonyl-; Carboxyl-; Hydroxyl-; Amid-; Ether- oder Ester-Funktionalität. Es wird hierdurch theoretisiert, dass das Lösungsmittel an die Innenfläche der Phyllosilikat-Plättchen durch einen Mechanismus gebunden wird, ausgewählt aus der Gruppe, die aus Folgendem besteht: Metallkation-Bindung oder -Komplexbildung, wie zum Beispiel Chelatbildung; Ionenkomplexbildung; elektrostatische Komplexbildung; Wasserstoffbindung; Dipol/Dipol; Van-der-Waal-Kräften; und jedweder Kombination davon dergestalt, dass ein Metallkation von einem Phyllosilikat Elektronen mit zwei Carbonyl-, zwei Carboxyl-, zwei Hydroxyl-, zwei Sauerstoff-, zwei Ether-; zwei Ester-; zwei aromatischen Ring- und/oder zwei Amidfunktionalitäten von einem organischen Lösungsmittel-Molekül oder zwei organischen Lösungsmittelmolekülen teilt. Derartige organische Lösungsmittel besitzen ausreichende Affinität zu den Oberflächen der Phyllosilikat-Plättchen, um ausreichend an die Oberflächen der Phyllosilikat-Plättchen gebunden zu bleiben, ohne die Notwendigkeit für Haftvermittler oder Spacing-Mittel, wie zum Beispiel das in dem oben erwähnten Stand der Technik offenbarte Oniumion oder Silan-Haftvermittler.The organic solvent sorbed to the surfaces of the phyllosilicate platelets should have an affinity for the phyllosilicate such that it is sorbed to the surfaces of the silicate platelets and maintained associated with them until the exfoliated platelets are heated to a temperature sufficient to release the organic solvent from the platelets or until the platelets are contacted with a water-insoluble polymer melt and a solvent for the water-insoluble polymer. According to the invention, the organic solvent should include an aromatic ring and/or have a functionality selected from the group consisting of: a carbonyl; carboxyl; hydroxyl; amide; ether or ester functionality. It is hereby theorized that the solvent is bound to the inner surface of the phyllosilicate platelets by a mechanism selected from the group consisting of: metal cation binding or complexing, such as chelation; ionic complexing; electrostatic complexing; hydrogen bonding; dipole/dipole; van der Waals forces; and any combination thereof such that a metal cation from a phyllosilicate shares electrons with two carbonyl, two carboxyl, two hydroxyl, two oxygen, two ether, two ester, two aromatic ring and/or two amide functionalities from one or two organic solvent molecules. Such organic solvents have sufficient affinity to the surfaces of the phyllosilicate platelets to remain sufficiently bound to the surfaces of the phyllosilicate platelets without the need for coupling agents or spacing agents, such as the onium ion or silane coupling agent disclosed in the above-mentioned prior art.

Beispielhafte Lösungsmittel schließen folgende ein: Dimethylsulfoxid (DMSO); Isophoron; γ-Butyrolacton; n-Methylpyrrolidon: 2-Pyrrolidon; Diglyme; Caprolactam; Furfuralalkohol; Tetrahydrofuran und Gemische davon.Exemplary solvents include: dimethyl sulfoxide (DMSO); isophorone; γ-butyrolactone; n-methylpyrrolidone: 2-pyrrolidone; diglyme; caprolactam; furfural alcohol; tetrahydrofuran, and mixtures thereof.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sollte die Polymer- oder Oligomermenge in Kontakt mit den exfolierten Phyllosilikat-Plättchen ein Gewichtsverhältnis von Polymer- oder Oligomer/Phyllosilikat-Plättchen (bezogen auf das Trockengewicht des Phyllosilikats) von mindestens 10/100, bevorzugt mindestens ca. 16/100 und bevorzugter ca. 20-70/100 vorsehen, um ausreichende Sorption des wasserunlöslichen Polymers oder wasserunlöslichen Oligomers an die exfolierten Plättchen des geschichteten Materials, wie zum Beispiel Phyllosilikat, (bevorzugt ca. 16 bis ca. 70 Gew.-% Polymer oder Oligomer bezogen auf das Trockengewicht des geschichteten Silikatmaterials) vorzusehen.According to a preferred embodiment of the present invention, the amount of polymer or oligomer in contact with the exfoliated phyllosilicate platelets should have a weight ratio of polymer or oligomer/phyllosilicate platelets (based on the dry weight of the phyllosilicate) of at least 10/100, preferably at least about 16/100, and more preferably about 20-70/100, to provide sufficient sorption of the water-insoluble polymer or water-insoluble oligomer to the exfoliated platelets of the layered material, such as phyllosilicate (preferably about 16 to about 70 weight percent polymer or oligomer based on the dry weight of the layered silicate material).

Die wasserunlöslichen Polymere und Oligomere werden in der Polymer/Träger-Zusammensetzung löslich gemacht, und das Polymer und/oder Oligomer sollte in die Zusammensetzung in einer Menge eingeschlossen werden, die zum Vorsehen einer Polymer- oder Oligomer-Konzentration von mindestens ca. 2 Gew.-%, bevorzugt mindestens ca. 5 Gew.-% Polymer oder Oligomer, bevorzugter mindestens ca. 50 Gew.-% bis ca. 100 Gew.-% Polymer oder Oligomer in der Polymer/Träger-Zusammensetzung ausreicht. Das Polymer kann als ein Feststoff mit der Zugabe zu der Polymer/Träger-Zusammensetzung von ca. 20% bis ca. 80% Polymer-Lösungsmittel zugefügt werden.The water-insoluble polymers and oligomers are solubilized in the polymer/carrier composition, and the polymer and/or oligomer should be included in the composition in an amount sufficient to provide a polymer or oligomer concentration of at least about 2%, preferably at least about 5%, by weight of polymer or oligomer, more preferably at least about 50% to about 100% by weight of polymer or oligomer in the polymer/carrier composition. The polymer can be added as a solid with the addition to the polymer/carrier composition of about 20% to about 80% polymer solvent.

Jedes quellbare geschichtete Material, welches das Polymer oder Oligomer ausreichend sorbiert, kann in der praktischen Ausführung dieser Erfindung verwendet werden. Nützliche quellbare geschichtete Materialien schließen Phyllosilikate ein, wie zum Beispiel Smektit-Tonminerale, wie zum Beispiel Montmorillonit, besonders Natriummontmorillonit; Magnesiummontmorillonit; und/oder Calciummontmorillonit; Nontronit; Beidellit; Volkonskoit; Hectorit; Saponit; Sauconit; Sobockit; Stevensit; Svinfordit; Vermikulit und dergleichen. Andere nützliche geschichtete Materialien schließen glimmerhaltige Minerale ein, wie zum Beispiel Illit und gemischte geschichtete Illit/Smektit-Minerale, wie zum Beispiel Ledikite und Beimischungen von Hüten mit den oben genannten Tonmineralen. Bevorzugte quellbare, geschichtete Materialien sind Phyllosilikate von dem 2 : 1-Typ mit einer negativen Ladung auf den Schichten, die in dem Bereich von ca. 0,15 bis ca. 0,9 Ladungen pro Formeleinheit und einer entsprechenden Zahl von austauschbaren Metallkationen in den Zwischenschicht-Zwischenräumen liegen. Die bevorzugtesten geschichteten Materialien sind Smektit-Tonminerale, wie zum Beispiel Montmorillonit, Nontronit, Beidellit, Volkonskoit, Hectorit, Saponit, Sauconit, Sobockit, Stevensit und Svinfordit.Any swellable layered material which adequately sorbs the polymer or oligomer can be used in the practice of this invention. Useful swellable layered materials include phyllosilicates such as smectite clay minerals such as montmorillonite, particularly sodium montmorillonite; magnesium montmorillonite; and/or calcium montmorillonite; nontronite; beidellite; volkonskoite; hectorite; saponite; sauconite; sobockite; stevensite; svinfordite; vermiculite, and the like. Other useful layered materials include micaceous minerals such as illite and mixed layered illite/smectite minerals such as ledikites and admixtures of caps with the above-mentioned clay minerals. Preferred swellable layered materials are phyllosilicates of the 2:1 type with a negative charge on the layers ranging from about 0.15 to about 0.9 charges per formula unit and a corresponding number of exchangeable metal cations in the interlayer spaces. The most preferred layered materials are smectite clay minerals such as montmorillonite, nontronite, beidellite, volkonskoite, hectorite, saponite, sauconite, sobockite, stevensite and svinfordite.

Die Menge von wasserunlöslichem Polymer oder Oligomer, das an die Oberflächen der exfolierten Plättchen der geschichteten Materialien sorbiert ist, die in dieser Erfindung nützlich sind, kann zwischen ca. 15% und ca. 80% bezogen auf das Trockengewicht der exfolierten Plättchen des geschichteten Silikatmaterials erheblich variieren. In den bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung liegen eingesetze Polymer- oder Oligomer-Mengen in Bezug auf das Trockengewicht von exfolierten Plättchen des geschichteten Materials bevorzugt in dem Bereich von ca. 16 g Polymer oder Oligomer/100 g geschichtetem Material (Trockenbasis) bis ca. 80 g Polymer oder Oligomer/100 g exfolierten Plättchen. Bevorzugtere Mengen bewegen sich von ca. 20 g Polymer oder Oligomer/100 g exfolierten Plättchen bis ca. 60 g Polymer oder Oligomer/100 g exfolierten Plättchen (Trockenbasis).The amount of water-insoluble polymer or oligomer sorbed to the surfaces of the exfoliated platelets of the layered materials useful in this invention can vary considerably between about 15% and about 80% based on the dry weight of the exfoliated platelets of the layered silicate material. In the preferred embodiments of the invention, amounts of polymer or oligomer employed based on the dry weight of exfoliated platelets of the layered material preferably range from about 16 g polymer or oligomer/100 g layered material (dry basis) to about 80 g polymer or oligomer/100 g exfoliated platelets. More preferred amounts range from about 20 g polymer or oligomer/100 g exfoliated platelets to about 60 g polymer or oligomer/100 g exfoliated platelets (dry basis).

Die Polymere und Oligomere werden wie folgt an die Oberfläche der Plättchen gebunden (an sie sorbiert). In einem bevorzugten Sorptionsverfahren werden die exfolierten Plättchen eines geschichteten Materials, wie zum Beispiel durch Extrusion, mit einer konzentrierten Polymer/Träger-Zusammensetzung, die das Polymer und/oder Oligomer; Wasser; und ein Lösungsmittel für das Polymer enthält, wie zum Beispiel organisches Lösungsmittel, wie zum Beispiel Alkohole, Ester, Ketone, Ether, Alkylamide, aromatische Lösungsmittel, Glycole und dergleichen, innig miteinander gemischt. Zum Erreichen einer ausreichenden Sorption des Polymers oder Oligomers an die Plättchen-Oberflächen enthalten die exfolierten Plättchen der Zusammensetzung aus geschichtetem Material/Polymer/Träger mindestens ca. 16 Gew.-% Polymer oder Oligomer bezogen auf das Trockengewicht der exfolierten Plättchen des geschichteten Materials.The polymers and oligomers are bound (sorbed) to the surface of the platelets as follows. In a preferred sorption process, the exfoliated platelets of a layered material are intimately mixed, such as by extrusion, with a concentrated polymer/carrier composition containing the polymer and/or oligomer; water; and a solvent for the polymer, such as an organic solvent such as alcohols, esters, ketones, ethers, alkyl amides, aromatic solvents, glycols, and the like. To achieve sufficient sorption of the polymer or oligomer to the platelet surfaces, the exfoliated platelets of the layered material/polymer/carrier composition contain at least about 16% by weight of polymer or oligomer based on the dry weight of the exfoliated platelets of the layered material.

Der Polymer-Träger (ein organisches Lösungsmittel für das Polymer oder Oligomer) kann durch zuerst Löslichmachen oder Dispergieren des Polymers oder Oligomers in einen geeigneten organischen Lösungsmittelträger gegeben werden; oder das trockene Polymer oder Oligomer and exfolierte Phyllosilikat-Plättchen können vermischt und das Polymer-Lösungsmittel kann der Mischung oder den exfolierten Phyllosilikat-Plättchen vor der Zugabe des trockenen Polymers oder Oligomers zugefügt werden.The polymer carrier (an organic solvent for the polymer or oligomer) can be added by first solubilizing or dispersing the polymer or oligomer in a suitable organic solvent carrier; or the dry Polymer or oligomer and exfoliated phyllosilicate platelets may be mixed and the polymer solvent may be added to the mixture or exfoliated phyllosilicate platelets prior to addition of the dry polymer or oligomer.

Als Alternative kann der Polymer-Träger, wie zum Beispiel ein organisches Lösungsmittel für das Oligomer oder Polymer, den exfolierten Phyllosilikat-Plättchen vor der Zugabe des Polymers oder Oligomers (entweder trocken oder in Lösung) direkt zugefügt werden. Als Alternative können die exfolierten Plättchen des geschichteten Materials den flüssigen Polymer- oder flüssigen Oligomer-Schmelzzusammensetzungen (löslich gemacht mit einem organischen Lösungsmittel für das Polymer oder Oligomer und erhitzt auf mindestens die Schmelztemperatur für das Polymer oder Oligomer), die mindestens ca. 2 Gew.-%, bevorzugt mindestens ca. 5 Gew.-% Polymer oder Oligomer, bevorzugter mindestens ca. 50% Polymer oder Oligomer bezogen auf das Gesamtgewicht der Polymer/Träger-Zusammensetzung (Polymer plus organisches Lösungsmittel für das Polymer) enthalten, zugefügt werden. Die Sorption kann durch Exposition des Gemischs aus Polymer/Lösungsmittel-Zusammensetzung und exfolierten Plättchen des geschichteten Materials gegenüber Hitze, Druck, Ultraschallkavitation oder Mikrowellen unterstützt werden.Alternatively, the polymer carrier, such as an organic solvent for the oligomer or polymer, can be added directly to the exfoliated phyllosilicate platelets prior to addition of the polymer or oligomer (either dry or in solution). Alternatively, the exfoliated platelets of the layered material can be added to liquid polymer or liquid oligomer melt compositions (solubilized with an organic solvent for the polymer or oligomer and heated to at least the melting temperature for the polymer or oligomer) containing at least about 2% by weight, preferably at least about 5% by weight polymer or oligomer, more preferably at least about 50% polymer or oligomer based on the total weight of the polymer/carrier composition (polymer plus organic solvent for the polymer). Sorption can be assisted by exposing the mixture of polymer/solvent composition and exfoliated platelets of the layered material to heat, pressure, ultrasonic cavitation or microwaves.

Nach einer wichtigen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann ein polymerisierbares Monomer oder können mehrere polymerisierbare Monomere an die exfolierten Plättchen des geschichteten Materials sorbiert oder einfach mit dem exfolierten geschichteten Material beigemischt werden, und das/die polymerisierbare(n) Monomer(e) wird/werden polymerisiert, während sie sich mit den exfolierten Plättchen in Kontakt befinden. Das/Die polymerisierbare(n) Monomer(e) kann/können zum Beispiel ein Gemisch aus einem Diamin und einer Dicarbonsäure sein, das für die Reaktion zur Herbeiführung eines Polyamids, wie zum Beispiel Nylon, geeignet ist; oder das/die Monomer(e) kann/können jedwede der polymerisierbaren organischen Flüssigkeiten sein, welche polymerisieren, um ein wasserunlösliches Polymer zu bilden, das in US-Patent Nr. 4,251.576 offenbart wird.According to an important embodiment of the present invention, one or more polymerizable monomers can be sorbed to the exfoliated platelets of the layered material or simply admixed with the exfoliated layered material, and the polymerizable monomer(s) are polymerized while in contact with the exfoliated platelets. The polymerizable monomer(s) can be, for example, a mixture of a diamine and a dicarboxylic acid suitable for reaction to produce a polyamide, such as nylon; or the monomer(s) can be any of the polymerizable organic liquids which polymerize to form a water-insoluble polymer disclosed in U.S. Patent No. 4,251,576.

Geeignete breite Klassen wasserunlöslicher Polymere und Oligomere schließen folgende ein: Polyamide; Polyester; Polycarbonate; Polyurethane; Polyepoxide; Polyolefine; Polyalkylamide und Gemische davon. Geeignete spezifische wasserunlösliche Polymere und Oligomere schließen folgende ein:Suitable broad classes of water-insoluble polymers and oligomers include: polyamides; polyesters; polycarbonates; polyurethanes; polyepoxides; polyolefins; polyalkylamides and mixtures thereof. Suitable specific water-insoluble polymers and oligomers include:

Polyether (Polymere und Copolymere) basierend auf Ethylenoxid, Butylenoxid, Propylenoxid, Phenolen und Bisphenolen;Polyethers (polymers and copolymers) based on ethylene oxide, butylene oxide, propylene oxide, phenols and bisphenols;

Polyester (Polymere und Copolymere) basierend auf aliphatischen und aromatischen Diolen und aliphatischen und aromatischen zweibasischen Säuren;Polyesters (polymers and copolymers) based on aliphatic and aromatic diols and aliphatic and aromatic dibasic acids;

Polyurethane basierend auf aliphatischen und aromatischen Diisocyanaten und aliphatischen und aromatischen Diolen;Polyurethanes based on aliphatic and aromatic diisocyanates and aliphatic and aromatic diols;

Polyamide (Polymere und Copolymere) basierend auf (1) aliphatischen und aromatischen Diaminen und aliphatischen und aromatischen zweibasischen Säuren; (2) aliphatischen und aromatischen Aminosäuren; Polycarbonaten (Polymeren und Copolymeren) basierend auf Carbonsäure und aromatischen Diolen);Polyamides (polymers and copolymers) based on (1) aliphatic and aromatic diamines and aliphatic and aromatic dibasic acids; (2) aliphatic and aromatic amino acids; polycarbonates (polymers and copolymers) based on carboxylic acids and aromatic diols);

Polycarbonimide (Polymere und Copolymere) basierend auf dem Dianhydrid von tetrabasischen Säuren und Diaminen und anderen Heteroketten-Polymeren;Polycarbonimides (polymers and copolymers) based on the dianhydride of tetrabasic acids and diamines and other heterochain polymers;

Vinylpolymere und Copolymere basierend auf Vinylmonomeren, Styren und Styrenderivaten;Vinyl polymers and copolymers based on vinyl monomers, styrene and styrene derivatives;

Acrylpolymere und -Copolymere basierend auf Acrylmonomeren;Acrylic polymers and copolymers based on acrylic monomers;

Copolymere basierend auf Styren-, Vinyl- und Acrylmonomeren;Copolymers based on styrene, vinyl and acrylic monomers;

Polyolefine, Polymere und Copolymere basierend auf Ethylen-, Propylen- und anderen α-Olefinmonomeren;Polyolefins, polymers and copolymers based on ethylene, propylene and other α-olefin monomers;

Polymere und Copolymere basierend auf Dienen, Isobutylenen und dergleichen; undPolymers and copolymers based on dienes, isobutylenes and the like; and

Copolymere basierend auf Dienen, Styren-, Acryl- und Vinylmonomeren.Copolymers based on dienes, styrene, acrylic and vinyl monomers.

Wärmehärtbare wasserunlösliche Harze basierend auf wasserlöslichen Vorpolymeren, einschließlich Vorpolymeren basierend auf Formaldehyd: Phenolen (Phenol, Cresol und dergleichen); Harnstoff; Melamin; Melamin und Phenol; Harnstoff und Phenol. Polyurethane basierend auf: Toluendiisocyanat (TDI) und monomeren und polymeren Diphenylmethandiisocyanaten (MDI); Hydroxy-terminierten Polyethern (Polyethylenglycol, Polypropylenglycol, Copolymeren von Ethylenoxid und Propylenoxid und dergleichen); Amino-terminierten Polyethern, Polyaminen (Tetramethylendiamin, Ethylendiamin, Hexamethylendiamin, 2,2-Dimethyl-1,3-propandiamin; Melamin, Diaminobenzen, Triaminobenzen und dergleichen); Polyamidoaminen (zum Beispiel Hydroxy-terminierten Polyestern); ungesättigten Polyestern basierend auf Maleinsäure- und Fumarsäureanhydriden und Malein- und Fumarsäuren; Glycolen (Ethylen, Propylen), Polyethylenglycolen, Polypropylenglycolen, aromatischen Glycolen und Polyglycolen; ungesättigten Polyestern basierend auf Vinyl-, Allyl- und Acrylmonomeren; Epoxiden basierend auf Biphenol A (2,2'-bis(4-Hydroxyphenyl)propan und Epichlorohydrin; Epoxid-Vorpolymeren basierend auf Monoepoxid- und Polyepoxidverbindungen und α,β-ungesättigten Verbindungen (Styren-, Vinyl, Allyl-, Acrylmonomeren); Polyamiden 4-Tetramethylendiamin, Hexamethylendiamin, Melamin, 1,3-Propandiamin, Diaminobenzen, Triaminobenzen, 3,3',4,4'-Bitriaminobenzen; 3,3'-4,4-Biphenyltetramin und dergleichen). Polyethylenimine; Amide und Polyamide (Amide von Di-, Tri- und Tetrasäuren); Hydroxyphenolen (Pyrogallol, Gallussäure, Tetrahydroxybenzophenon, Tetrahydrochinon, Catechol, Phenol und dergleichen); Anhydride und Polyanhydride von Di-, Tri- und Tetrasäuren; Polyisocyanuraten basierend auf TDI und MDI; Polyimide basierend auf Pyromellitsäuredianhydrid und 1,4-Phenyldiamin; Polybenzimidozole basierend auf 3,3',4,4'-Biphenyltetramin und Isophthalsäure; Polyamid basierend auf ungesättigten zwei basischen Säuren und Anhydriden (Maleinsäure und Fumarsäure) und aromatischen Polyamiden; Alkydharze basierend auf zweibasischen aromatischen Säuren oder Anhydriden, Glycerol, Trimethylolpropan, Pentaerythritol, Sorbitol und ungesättigten fettigen langkettigen Carbonsäuren (die letzteren leiten sich von pflanzlichen Ölen her); und Vorpolymere basierend auf Acrylmonomeren (Hydroxyl- oder Carboxyl-funktional).Thermosetting water-insoluble resins based on water-soluble prepolymers, including prepolymers based on formaldehyde: phenols (phenol, cresol and the like); urea; melamine; melamine and phenol; urea and phenol. Polyurethanes based on: toluene diisocyanate (TDI) and monomeric and polymeric diphenylmethane diisocyanates (MDI); hydroxy-terminated polyethers (polyethylene glycol, polypropylene glycol, copolymers of ethylene oxide and propylene oxide and the like); amino-terminated polyethers, polyamines (tetramethylenediamine, ethylenediamine, hexamethylenediamine, 2,2-dimethyl-1,3-propanediamine; melamine, diaminobenzene, triaminobenzene and the like); polyamidoamines (for example hydroxy-terminated polyesters); unsaturated polyesters based on maleic and fumaric anhydrides and maleic and fumaric acids; Glycols (ethylene, propylene), polyethylene glycols, polypropylene glycols, aromatic glycols and polyglycols; unsaturated polyesters based on vinyl, allyl and acrylic monomers; epoxides based on biphenol A (2,2'-bis(4-hydroxyphenyl)propane and epichlorohydrin; epoxy prepolymers based on monoepoxide and polyepoxide compounds and α,β-unsaturated compounds (styrene, vinyl, allyl, acrylic monomers); polyamides 4-tetramethylenediamine, hexamethylenediamine, melamine, 1,3-propanediamine, diaminobenzene, triaminobenzene, 3,3',4,4'-bitriaminobenzene;3,3'-4,4-biphenyltetramine and the like). Polyethylenimines; amides and polyamides (amides of di-, tri- and tetra-acids); Hydroxyphenols (pyrogallol, gallic acid, tetrahydroxybenzophenone, tetrahydroquinone, catechol, phenol and the like); anhydrides and polyanhydrides of di-, tri- and tetraacids; polyisocyanurates based on TDI and MDI; polyimides based on pyromellitic dianhydride and 1,4-phenyldiamine; polybenzimidozoles based on 3,3',4,4'-biphenyltetramine and isophthalic acid; polyamide based on unsaturated dibasic acids and anhydrides (maleic acid and fumaric acid) and aromatic polyamides; alkyd resins based on dibasic aromatic acids or anhydrides, glycerol, trimethylolpropane, pentaerythritol, sorbitol and unsaturated fatty long-chain carboxylic acids (the latter derived from vegetable oils); and prepolymers based on acrylic monomers (hydroxyl or carboxyl functional).

Die Menge von wasserunlöslichen Polymer- oder wasserunlöslichen Oligomer-sorbierten exfolierten Plättchen, die in das Matrixpolymer zur Bildung des Verbundmaterials eingeschlossen wurde, kann abhängig von der beabsichtigten Verwendung des Verbundstoffes sehr weitgehend variieren. So können zum Beispiel relativ größere Mengen der Plättchen-Partikel (ausschließlich des interkalierenden Polymers, da der Gehalt des interkalierenden Polymers in dem geschichteten Material variieren kann), das heißt von ca. 15 Gew.-% bis ca. 30 Gew.-% des Gemisches in Applikationen verwendet werden, bei denen Artikel durch Stanzen geformt werden. Durch die Konzentrationen der Plättchen-Partikel von größer als ca. 2,5% werden im Wesentlichen verbesserte Barriere-Eigenschaften und Wärmebeständigkeit (Durchbiegungstemperatur unter Belastung (DTUL)) verliehen. Auf ähnliche Weise wird durch Konzentrationen der Plättchen-Partikel von größer als ca. 1,5%, einschließlich der geschichteten Materialien dieser Erfindung auf Nanoskala eine im Wesentlichen verbesserte Festigkeit verliehen. Es wird bevorzugt, dass die Beladung der Plättchen weniger als ca. 10% beträgt. Beladungen der Plättchen-Partikel in dem Bereich von ca. 0,05 Gew.-% bis ca. 40 Gew.-%, bevorzugt ca. 0,5% bis ca. 20%, bevorzugter ca. 1% bis ca. 10% des Verbundmaterials verbessern signifikant den Modul, die Dimensionsstabilität und Nassfestigkeit. Im Allgemeinen beträgt die Menge der in ein Matrixpolymer inkorporierten Plättchen-Partikel weniger als ca. 90 Gew.-% des Gemisches und bevorzugt von ca. 0,01 Gew.-% bis ca. 80 Gew.-% des Verbundmaterialgemischs, bevorzugter von ca. 0,05 Gew.-% bis ca. 40 Gew.-% des Polymer/Partikel-Gemischs und am bevorzugtesten von ca. 0,05 Gew.-% bis ca. 20 Gew.-% oder 0,05 Gew.-% bis ca. 10 Gew.-% mit einigen Matrixpolymeren.The amount of water-insoluble polymer or water-insoluble oligomer sorbed exfoliated platelets included in the matrix polymer to form the composite material can vary widely depending on the intended use of the composite. For example, relatively larger amounts of platelet particles (excluding the intercalating polymer, since the content of the intercalating polymer in the layered material can vary), i.e., from about 15% to about 30% by weight of the blend, can be used in applications where articles are formed by die cutting. Platelet particle concentrations greater than about 2.5% impart substantially improved barrier properties and thermal stability (deflection temperature under load (DTUL)). Similarly, substantially improved strength is imparted by concentrations of the platelet particles greater than about 1.5%, including the layered materials of this invention at the nanoscale. It is preferred that the loading of the platelets be less than about 10%. Loadings of the platelet particles in the range of about 0.05% to about 40%, preferably about 0.5% to about 20%, more preferably about 1% to about 10%, by weight of the composite material significantly improve modulus, dimensional stability, and wet strength. Generally, the amount of platelet particles incorporated into a matrix polymer is less than about 90 wt.% of the blend, and preferably from about 0.01 wt.% to about 80 wt.% of the composite blend, more preferably from about 0.05 wt.% to about 40 wt.% of the polymer/particle blend, and most preferably from about 0.05 wt.% to about 20 wt.% or 0.05 wt.% to about 10 wt.% with some matrix polymers.

Nach einem wichtigen Merkmal der vorliegenden Erfindung können die exfolierten Plättchen mit anhaftendem organischem Lösungsmittel als konzentrierte Plättchen hergestellt und transportiert werden, die Lösungsmittel für ein anschließend zugefügtes wasserunlösliches Polymer, wie zum Beispiel 30 bis 70 Gew.-% Plättchen und 70 bis 30 Gew.-% Lösungsmittel enthalten; oder die exfolierten Plättchen können in einer konzentrierten Form, zum Beispiel 10-90 Gew.-%, bevorzugt 20-80 Gew.-% Polymer und 10-90 Gew.-%, bevorzugt 20-80 Gew.-% exfolierte Phyllosilikat-Plättchen hergestellt werden, die in einem Matrixpolymer dispergiert sein können.According to an important feature of the present invention, the exfoliated platelets with adhering organic solvent can be used as concentrated platelets which contain solvent for a subsequently added water-insoluble polymer, such as 30 to 70 wt% platelets and 70 to 30 wt% solvent; or the exfoliated platelets may be prepared in a concentrated form, for example 10-90 wt%, preferably 20-80 wt% polymer and 10-90 wt%, preferably 20-80 wt% exfoliated phyllosilicate platelets, which may be dispersed in a matrix polymer.

Die mit organischem Lösungsmittel behandelten Phyllosilikat-Plättchen können in einem durch Schmelzen verarbeitbaren thermoplastischen und/oder wärmehärtbaren Matrixoligomer oder -polymer oder mehreren durch Schmelzen verarbeitbaren thermoplastischen und/oder wärmehärtbaren Matrixoligomeren oder -polymeren oder Gemischen davon dispergiert werden. Vorteilhafterweise kollabieren die mit organischem Lösungsmittel beschichteten Plättchen nicht nach der Wasserverdampfung, wie anderweitig ohne das Vorliegen des an den Plättchen anhaftenden organischen Lösungsmittels auftreten würde. Matrixpolymere zur Verwendung in diesem erfinderischen Verfahren können sehr weitgehend variieren, die einzige Anforderung besteht darin, dass sie durch Schmelzen verarbeitbar sind. In den bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung schließt das Polymer mindestens 10, bevorzugt mindestens 30 sich wiederholende Monomereinheiten ein. Die obere Grenze für die Anzahl der sich wiederholenden Monomereinheiten ist nicht kritisch, vorausgesetzt, dass der Schmelzindex des Matrixpolymers unter Gebrauchsbedingungen dergestalt ist, dass das Matrixpolymer ein fließbares Gemisch bildet. Das Matrixpolymer schließt am bevorzugtesten von mindestens ca. 10 bis ca. 100 sich wiederholende Monomereinheiten ein, die zum Beispiel ein Gewichtsmittel des Molekulargewichts in dem Bereich von 225 bis 1000000 g/mol oder in dem Bereich von 225 bis 10000 g/mol aufweisen. In den bevorzugtesten Ausführungsformen dieser Erfindung ist die Anzahl der sich wiederholenden Einheiten dergestalt, dass das Matrixpolymer einen Schmelzindex von ca. 0,01 bis ca. 12 g pro 10 Minuten bei der Verarbeitungstemperatur aufweist.The organic solvent treated phyllosilicate platelets can be dispersed in one or more melt processable thermoplastic and/or thermosetting matrix oligomers or polymers or mixtures thereof. Advantageously, the organic solvent coated platelets do not collapse upon water evaporation as would otherwise occur without the presence of the organic solvent adhering to the platelets. Matrix polymers for use in this inventive process can vary widely, the only requirement being that they be melt processable. In the preferred embodiments of the invention, the polymer includes at least 10, preferably at least 30, repeating monomer units. The upper limit for the number of repeating monomer units is not critical, provided that the melt index of the matrix polymer under conditions of use is such that the matrix polymer forms a flowable mixture. The matrix polymer most preferably includes from at least about 10 to about 100 repeating monomer units, for example having a weight average molecular weight in the range of 225 to 1,000,000 g/mol or in the range of 225 to 10,000 g/mol. In the most preferred embodiments of this invention, the number of repeating units is such that the matrix polymer has a melt index of from about 0.01 to about 12 g per 10 minutes at the processing temperature.

Thermoplastische Harze und Kautschuke zur Verwendung als Matrixpolymere und/oder Polymere oder Oligomere, die an die Oberflächen von exfolierten Phyllosilikat-Plättchen sorbiert werden können, können in der praktischen Ausführung dieser Erfindung sehr weitgehend variieren. Illustrativ für nützliche thermoplastische Harze, die allein oder in Beimischung verwendet werden können, sind Polylactone, wie zum Beispiel Poly(pivalolacton), Poly(caprolacton) und dergleichen; Polyurethane, die sich aus der Reaktion von Diisocyanaten wie folgt herleiten, wie zum Beispiel: 1,5-Naphthalendiisocyanat; p-Phenylendiisocyanat, m-Phenylendiisocyanat, 2,4-Toluendiisocyanat, 4,4'-Diphenylmethandiisocyanat, 3,3'-Dimethyl-4,4'-biphenyldiisocyanat, 4,4'-Diphenylisopropylidendiisocyanat, 3,3'-Dimethyl-4,4'-diphenyldiisocyanat, 3,3'-Dimethyl-4,4'-diphenylmethandiisocyanat, 3,3'-Dimethoxy-4,4'-biphenyldiisocyanat, Dianisidindiisocyanat, Toluidindiisocyanat, Hexamethylendiisocyanat, 4,4'-Diisocyanatodiphenylmethan und dergleichen und lineare langkettige Diole, wie zum Beispiel Poly(tetramethylenadipat), Poly(ethylenadipat), Poly(1,4-butylenadipat), Poly(ethylensuccinat), Poly(2,3-butylensuccinat), Polyetherdiole und dergleichen; Polycarbonate, wie zum Beispiel Poly[methan-bis(4-phenyl)carbonat], Poly[1,1-ether-bis(4-phenyl)carbonat], Poly[diphenylmethan-bis(4-phenyl)carbonat], Poly[1,1-cyclohexan-bis(4-phenyl)carbonat] und dergleichen; Polysulfone; Polyether; Polyketone; Polyamide, wie zum Beispiel Poly(4-aminobuttersäure), Poly(hexamethylenadipamid, Poly(6-aminohexansäure), Poly(m-xylylenadipamid), Poly(p-xylylensebacamid), Poly(2,2,2-trimethylhexamethylen-terephthalamid), Poly(meta-phenylenisophthalamid) (NOMEX), Poly(p-phenylenterephthalamid) (KEVLAR) und dergleichen; Polyester, wie zum Beispiel Poly(ethylenazelat), Poly(ethylen-1,5-naphthalat), Poly(1,4-cyclohexan-dimethylen-terephthalat), Poly(ethylenoxybenzoat) (A-TELL), Poly-(para-hydroxybenzoat) (EKONOL), Poly(1,4-cyclohexyliden-dimethylen-terephthalat) (KODEL) (eis), Poly(1,4-cyclohexyliden-dimethylen-terephthalat) (KODEL) (trans), Polyethylenterephthalat, Polybutylenterephthalat und dergleichen; Poly(arylenoxide), wie zum Beispiel Poly(2,6-dimethyl-1,4,-phenylenoxid), Poly(2,6-diphenyl-1,4-phenylenoxid) und dergleichen; Poly(arylensulfide), wie zum Beispiel Poly(phenylensulfid) und dergleichen; Polyetherimide; Vinylpolymere und ihre Copolymere, wie zum Beispiel Polyvinylacetat, Polyvinylchlorid; Polyvinyl-Butyral, Polyvinylidenchlorid. Ethylen-Vinylacetat-Copolyrnere und dergleichen; Polyacryle, Polyacrylat und ihre Copolymere, wie zum Beispiel Polyethylacrylat, Poly-(n-butylacrylat), Polymethylmethacrylat, Polyethylmethacrylat, Poly-(n-butylmethacrylat), Poly-(n-propylmethacrylat), Polyacrylonitril, wasserunlösliche Ethylen-Acrylsäure-Copolymere, wasserunlösliche Ethylen-Vinylalkohol-Copolymere, Acrylonitril-Copolymere, Methylmethacrylat-Styren-Copolymere, Ethylen-Ethylacrylat-Copolymere, methacrylierte Butadien-Styren-Copolymere und dergleichen; Polyolefine, wie zum Beispiel Poly(ethylen) niedriger Dichte, Poly(propylen), chloriertes Poly(ethylen) niedriger Dichte, Poly(4-methyl-1-penten), Poly(ethylen), Poly(styren) und dergleichen; wasserunlösliche Ionomere; Poly(epichlorohydrine); Poly(urethan), wie zum Beispiel das Polymerisationsprodukt von einem Diol oder mehreren Diolen, wie zum Beispiel Ethylenglycol, Propylenglycol und/oder ein Polydiol, wie zum Beispiel Diethylenglycol, Triethylenglycol und/oder Tetraethylenglycol und dergleichen, mit einem Diisocyanat, wie zum Beispiel 2,4-Tolylendiisocyanat, 2,6-Tolylendiisocyanat, 4.4'-Diphenylmethandiisocyanat, 1,6-Hexamethylendiisocyanat, 4,4'-Dicylcohexylmethandiisocyanat und dergleichen; und Polysulfone, wie zum Beispiel das Reaktionsprodukt des Natriumsalzes von 2,2-Bis(4-hydroxyphenyl)propan und 4,4'-Dichlorodiphenylsulfon; Furanharze, wie zum Beispiel Poly(furan); Cellulose-Ester-Kunststoff, wie zum Beispiel Cellulose-Acetat, Cellulose-Acetat-Butyrat, Cellulose-Propionat und dergleichen; Silikone, wie zum Beispiel Poly(dimethylsiloxan), Poly(dimethylsiloxan-co-phenylmethylsiloxan) und dergleichen; Protein-Kunststoff und Mischungen aus zwei oder mehr des Vorstehenden.Thermoplastic resins and rubbers for use as matrix polymers and/or polymers or oligomers which can be bonded to the surfaces of exfoliated phyllosilicate platelets can be sorbed can vary widely in the practice of this invention. Illustrative of useful thermoplastic resins which can be used alone or in admixture are polylactones such as poly(pivalolactone), poly(caprolactone) and the like; polyurethanes derived from the reaction of diisocyanates such as: 1,5-naphthalene diisocyanate; p-phenylene diisocyanate, m-phenylene diisocyanate, 2,4-toluene diisocyanate, 4,4'-diphenylmethane diisocyanate, 3,3'-dimethyl-4,4'-biphenyl diisocyanate, 4,4'-diphenylisopropylidene diisocyanate, 3,3'-dimethyl-4,4'-diphenyl diisocyanate, 3,3'-dimethyl-4,4'-diphenylmethane diisocyanate, 3,3'-dimethoxy-4,4'-biphenyl diisocyanate, dianisidine diisocyanate, toluidine diisocyanate, hexamethylene diisocyanate, 4,4'-diisocyanatodiphenylmethane and the like and linear long chain diols such as poly(tetramethylene adipate), poly(ethylene adipate), poly(1,4-butylene adipate), poly(ethylene succinate), poly(2,3-butylene succinate), polyether diols and the like; Polycarbonates such as poly[methane bis(4-phenyl)carbonate], poly[1,1-ether bis(4-phenyl)carbonate], poly[diphenylmethane bis(4-phenyl)carbonate], poly[1,1-cyclohexane bis(4-phenyl)carbonate] and the like; polysulfones; polyethers; polyketones; Polyamides such as poly(4-aminobutyric acid), poly(hexamethylene adipamide, poly(6-aminohexanoic acid), poly(m-xylylene adipamide), poly(p-xylylene sebacamide), poly(2,2,2-trimethylhexamethylene terephthalamide), poly(meta-phenylene isophthalamide) (NOMEX), poly(p-phenylene terephthalamide) (KEVLAR) and the like; polyesters such as poly(ethylene azelate), poly(ethylene 1,5-naphthalate), poly(1,4-cyclohexane dimethylene terephthalate), poly(ethylene oxybenzoate) (A-TELL), poly(para-hydroxybenzoate) (EKONOL), poly(1,4-cyclohexylidene dimethylene terephthalate) (KODEL) (eis), poly(1,4-cyclohexylidene dimethylene terephthalate) (KODEL) (trans), Polyethylene terephthalate, polybutylene terephthalate and the like; poly(arylene oxides) such as poly(2,6-dimethyl-1,4-phenylene oxide), poly(2,6-diphenyl-1,4-phenylene oxide) and the like; poly(arylene sulfides) such as poly(phenylene sulfide) and the like; polyetherimides; vinyl polymers and their copolymers such as polyvinyl acetate, polyvinyl chloride; polyvinyl butyral, polyvinylidene chloride, ethylene-vinyl acetate copolymers and the like; polyacrylics, Polyacrylate and their copolymers such as polyethyl acrylate, poly(n-butyl acrylate), polymethyl methacrylate, polyethyl methacrylate, poly(n-butyl methacrylate), poly(n-propyl methacrylate), polyacrylonitrile, water-insoluble ethylene-acrylic acid copolymers, water-insoluble ethylene-vinyl alcohol copolymers, acrylonitrile copolymers, methyl methacrylate-styrene copolymers, ethylene-ethyl acrylate copolymers, methacrylated butadiene-styrene copolymers and the like; polyolefins such as low density poly(ethylene), poly(propylene), chlorinated low density poly(ethylene), poly(4-methyl-1-pentene), poly(ethylene), poly(styrene) and the like; water-insoluble ionomers; poly(epichlorohydrins); Poly(urethane) such as the polymerization product of one or more diols such as ethylene glycol, propylene glycol and/or a polydiol such as diethylene glycol, triethylene glycol and/or tetraethylene glycol and the like with a diisocyanate such as 2,4-tolylene diisocyanate, 2,6-tolylene diisocyanate, 4,4'-diphenylmethane diisocyanate, 1,6-hexamethylene diisocyanate, 4,4'-dicyclohexylmethane diisocyanate and the like; and polysulfones such as the reaction product of the sodium salt of 2,2-bis(4-hydroxyphenyl)propane and 4,4'-dichlorodiphenylsulfone; furan resins such as poly(furan); cellulose ester plastic such as cellulose acetate, cellulose acetate butyrate, cellulose propionate and the like; Silicones such as poly(dimethylsiloxane), poly(dimethylsiloxane-co-phenylmethylsiloxane), and the like; protein plastics, and mixtures of two or more of the foregoing.

Vulkanisierbare und thermoplastische Kautschuke, die als Matrixpolymere und/oder Polymere oder Oligomere nützlich sind, die an die Oberflächen von exfolierten Phyllosilikat-Plättchen sorbiert werden können, können in der praktischen Ausführung dieser Erfindung auch weitgehend variieren. Illustrativ für derartige Kautschuke sind bromierter Butylkautschuk, chlorierter Butylkautschuk, Polyurethan-Elastomere, Fluoroelastomere, Polyester-Elastomere, Polyvinylchlorid, Butadien/Acrylonitril-Elastomere, Silikon-Elastomere, Poly(butadien), Poly(isobutylen), Ethylen-Propylen-Copolymere, Ethylen-Propylen-Dien-Terpolymere, sulfonierte Ethylen-Propylen-Dien-Terpolymere, Poly(chloropren), Poly(2,3-dimethylbutadien), Poly(butadien-pentadien), chlorsulfonierte Poly(ethylene), Poly(sulfid)-Elastomere, Blockcopolymere, aufgebaut aus Segmenten von glasigen oder kristallinen Blöcken, wie zum Beispiel Poly(styren), Poly(vinyltoluen), Poly-(t-butylstyren), Polyester und dergleichen und die elastomeren Blöcke, wie zum Beispiel Poly(butadien), Poly(isopren), Ethylen-Propylen-Copolymere, Ethylen-Butylen-Copolymere, Polyether und dergleichen, wie zum Beispiel die Copolymere in von der Shell Chemical Company unter dem Handelsnamen KRATON® hergestelltem Poly(styren)-Poly(butadien)-Poly(styren)-Blockcopolymer.Vulcanizable and thermoplastic rubbers useful as matrix polymers and/or polymers or oligomers that can be sorbed to the surfaces of exfoliated phyllosilicate platelets can also vary widely in the practice of this invention. Illustrative of such rubbers are brominated butyl rubber, chlorinated butyl rubber, polyurethane elastomers, fluoroelastomers, polyester elastomers, polyvinyl chloride, butadiene/acrylonitrile elastomers, silicone elastomers, poly(butadiene), poly(isobutylene), ethylene-propylene copolymers, ethylene-propylene-diene terpolymers, sulfonated ethylene-propylene-diene terpolymers, poly(chloroprene), poly(2,3-dimethylbutadiene), Poly(butadiene-pentadiene), chlorosulfonated poly(ethylene), poly(sulfide) elastomers, block copolymers constructed from segments of glassy or crystalline blocks such as poly(styrene), poly(vinyltoluene), poly(t-butylstyrene), polyesters and the like and the elastomeric blocks such as poly(butadiene), poly(isoprene), ethylene-propylene copolymers, ethylene-butylene copolymers, polyethers and the like such as the copolymers in poly(styrene)-poly(butadiene)-poly(styrene) block copolymer manufactured by Shell Chemical Company under the trade name KRATON®.

Nützliche wärmehärtbare Harze schließen zum Beispiel folgende ein: die Polyamide; Polyalkylamide, Polyester; Polyurethane; Polycarbonate; Polyepoxide und Gemische davon.Useful thermosetting resins include, for example, the following: the polyamides; polyalkylamides, polyesters; polyurethanes; polycarbonates; polyepoxides and mixtures thereof.

Bevorzugteste thermoplastische Polymere zur Verwendung als Matrixpolymere und/oder Polymere, Oligomere, die an die Oberflächen exfolierter Phyllosilikat-Plättchen sorbiert werden können, sind thermoplastische Polymere, wie zum Beispiel Polyamide, Polyester und Polymere von α-β-ungesättigten Monomeren und Copolymeren. Polyamide, die in dem Verfahren der vorliegenden Erfindung verwendet werden können, sind synthetische lineare Polycarbonamide, gekennzeichnet durch das Vorliegen von sich wiederholenden Carbonamid-Gruppen als ein integraler Teil der Polymerkette, die voneinander durch mindestens zwei Kohlenstoffatome getrennt sind. Polyamide dieses Typs schließen Polymere ein, die im Allgemeinen im Fach als Nylon bekannt sind, die aus Diaminen und zweibasischen Säuren erhalten werden, wobei die sich wiederholende Einheit durch die folgende allgemeine Formel dargestellt wird:Most preferred thermoplastic polymers for use as matrix polymers and/or polymers, oligomers that can be sorbed to the surfaces of exfoliated phyllosilicate platelets are thermoplastic polymers such as polyamides, polyesters, and polymers of α-β-unsaturated monomers and copolymers. Polyamides that can be used in the process of the present invention are synthetic linear polycarbonamides characterized by the presence of repeating carbonamide groups as an integral part of the polymer chain, separated from each other by at least two carbon atoms. Polyamides of this type include polymers commonly known in the art as nylon, obtained from diamines and dibasic acids, the repeating unit being represented by the following general formula:

-NHCOR¹³COHNR¹&sup4;--NHCOR¹³COHNR¹&sup4;-

worin R¹³ eine Alkylengruppe von mindestens 2 Kohlenstoffatomen, bevorzugt von ca. 2 bis ca. 11 oder Arylen mit mindestens ca. 6 Kohlenstoffatomen, bevorzugt ca. 6 bis ca. 17 Kohlenstoffatomen ist; und R¹&sup4; aus R¹³ und Arylgruppen ausgewählt wird. Auch eingeschlossen sind Copolyamide und Terpolyamide, die durch bekannte Verfahren, wie zum Beispiel durch Kondensation von Hexamethylendiamin und einem Gemisch aus zweibasischen Säuren, die aus Terephthalsäure und Adipinsäure bestehen, erhalten werden. Polyamide der obigen Beschreibung sind alle weithin im Fach bekannt und schließen zum Beispiel Folgendes ein: das Copolyamid aus 30% Hexamethylen-diammonium-isophthalat und 70% Hexamethylen-diammonium-adipat, Poly(hexamethylenadipamid) (Nylon 6,6), Poly(hexamethylensebacamid) (Nylon 6,10), Poly(hexamethylen-isophthalamid), Poly(hexamethylenterephthalamid), Poly(heptamethylenpimelamid) (Nylon 7,7), Poly(octamethylensuberamid) (Nylon 8,8), Poly(nonamethylenazelamid) (Nylon 9,9), Poly(decamethylenazelamid) (Nylon 10,9), Poly(decamethylensebacamid) (Nylon 10,10), Poly[bis(4-amino-cyclohexyl)methan-1,10-decan-carboxamid)], Poly(m-xylylenadipamid), Poly(p-xylylensebacamid), Poly(2,2,2-trimethylhexamethylen-terephthalamid), Poly(piperazinsebacamid), Poly(p-phenylenterephthalamid), Poly(meta-phenylenisophthalamid) und dergleichen.wherein R¹³ is an alkylene group of at least 2 carbon atoms, preferably from about 2 to about 11, or arylene having at least about 6 carbon atoms, preferably from about 6 to about 17 carbon atoms; and R¹⁴ is selected from R¹³ and aryl groups. Also included are copolyamides and terpolyamides prepared by known methods such as for example, by condensation of hexamethylenediamine and a mixture of dibasic acids consisting of terephthalic acid and adipic acid. Polyamides of the above description are all well known in the art and include, for example, the copolyamide of 30% hexamethylene diammonium isophthalate and 70% hexamethylene diammonium adipate, poly(hexamethylene adipamide) (nylon 6,6), poly(hexamethylene sebacamide) (nylon 6,10), poly(hexamethylene isophthalamide), poly(hexamethylene terephthalamide), poly(heptamethylene pimelamide) (nylon 7,7), poly(octamethylene suberamide) (nylon 8,8), poly(nonamethylenazelamide) (nylon 9,9), poly(decamethylene sebacamide) (nylon 10,9), poly(decamethylene sebacamide) (nylon 10,10), poly[bis(4-amino-cyclohexyl)methane-1,10-decane-carboxamide)], Poly(m-xylylene adipamide), poly(p-xylylene sebacamide), poly(2,2,2-trimethylhexamethylene terephthalamide), poly(piperazine sebacamide), poly(p-phenylene terephthalamide), poly(meta-phenylene isophthalamide) and the like.

Bei anderen nützlichen Polyamiden handelt es sich um diejenigen, die durch Polymerisation von Aminosäuren und Derivaten davon, wie zum Beispiel Lactamen, gebildet werden. Illustrativ für diese nützlichen Polyamide sind Poly(4-aminobuttersäure) (Nylon 4), Poly(6-aminohexansäure) (Nylon 6), Poly(7-aminoheptansäure) (Nylon 7), Poly(8-aminooctansäure) (Nylon 8), Poly(9-aminononansäure) (Nylon 9), Poly(10-aminodecansäure) (Nylon 10), Poly(11-aminoundecansäure) (Nylon 11), Poly(12-aminododecansäure) (Nylon 12) und dergleichen.Other useful polyamides are those formed by polymerization of amino acids and derivatives thereof, such as lactams. Illustrative of these useful polyamides are poly(4-aminobutyric acid) (nylon 4), poly(6-aminohexanoic acid) (nylon 6), poly(7-aminoheptanoic acid) (nylon 7), poly(8-aminooctanoic acid) (nylon 8), poly(9-aminononanoic acid) (nylon 9), poly(10-aminodecanoic acid) (nylon 10), poly(11-aminoundecanoic acid) (nylon 11), poly(12-aminododecanoic acid) (nylon 12), and the like.

Bevorzugte Polyamide sind Poly(caprolactam), Poly(12-aminodecansäure) und Poly(hexamethylenadipamid).Preferred polyamides are poly(caprolactam), poly(12-aminodecanoic acid) and poly(hexamethylene adipamide).

Andere Matrixpolymere (Wirtspolymere) und/oder Polymere, die an die Oberflächen von exfolierten Plättchen zur Bildung von Nanocomposites sorbiert werden können, sind lineare Polyester. Der Polyestertyp ist nicht kritisch und die zum Gebrauch in einer jeglichen bestimmten Situation gewählten speziellen Polyester hängen im Wesentlichen von den physikalischen Eigenschaften und Merkmalen, das heißt Zugfestigkeit, dem Modul und dergleichen, wie in der endgültigen Form erwünscht, ab. Folglich sind eine Vielfalt linearer thermoplastischer Polyester mit breiten Variationen der physikalischen Eigenschaften zum Gebrauch bei der Beimischung mit Plättchen aus exfoliertem, geschichtetem Material bei der erfindungsgemäßen Herstellung von Nanocomposites geeignet.Other matrix polymers (host polymers) and/or polymers that can be sorbed onto the surfaces of exfoliated platelets to form nanocomposites are linear polyesters. The type of polyester is not critical and the particular polyesters chosen for use in any particular situation will depend essentially on on the physical properties and characteristics, i.e., tensile strength, modulus, and the like, as desired in the final form. Consequently, a variety of linear thermoplastic polyesters having wide variations in physical properties are suitable for use in admixture with platelets of exfoliated layered material in the preparation of nanocomposites according to the present invention.

Der zum Gebrauch gewählte spezielle Polyester kann ein Homopolyester oder ein Copolyester oder auf Wunsch Gemische davon sein. Polyester werden in der Regel durch die Kondensation einer organischen Dicarbonsäure und einem organischen Diol hergestellt, und die Reaktanten können den exfolierten Plättehen für eine Polymerisation des Polyesters in situ zugefügt werden, während er sich in Kontakt mit den Plättchen aus exfoliertem geschichtetem Material nach der Exfolierung des Phyllosilikats befindet.The particular polyester chosen for use may be a homopolyester or a copolyester or, if desired, blends thereof. Polyesters are typically prepared by the condensation of an organic dicarboxylic acid and an organic diol and the reactants may be added to the exfoliated platelets for in situ polymerization of the polyester while it is in contact with the platelets of exfoliated layered material after exfoliation of the phyllosilicate.

Polyester, die in dieser Erfindung zum Gebrauch als Matrixpolymere und/oder Polymere oder Oligomere geeignet sind, die an die Oberflächen von exfolierten Phyllosilikat-Plättchen sorbiert werden können, sind diejenigen, die sich von der Kondensation von aromatischen, cycloaliphatischen und aliphatischen Diolen mit aliphatischen, aromatischen und cylcoaliphatischen Dicarbonsäuren herleiten und können cycloaliphatische, aliphatische oder aromatische Polyester sein.Polyesters suitable for use in this invention as matrix polymers and/or polymers or oligomers that can be sorbed to the surfaces of exfoliated phyllosilicate platelets are those derived from the condensation of aromatic, cycloaliphatic and aliphatic diols with aliphatic, aromatic and cycloaliphatic dicarboxylic acids and can be cycloaliphatic, aliphatic or aromatic polyesters.

Beispielhaft für nützliche cycloaliphatische, aliphatische und aromatische Polyester, die als Matrixpolymere und/oder Polymere oder Oligomere verwendet werden können, die an die Oberflächen exfolierter Phyllosilikat-Plättchen in der praktischen Ausführung der vorliegenden Erfindung sorbiert werden können, sind: Poly(ethylenterephthalat), Poly(cylcohexylendimethylen-terephthalat), Poly(ethylendodecat), Poly(butylenterephthalat), Poly[ethylen(2,7-naphthalat)], Poly(metha-phenylenisophthalat), Poly(glycolsäure), Poly(ethylensuccinat), Poly(ethylenadipat), Poly(ethylensebacat), Poly(decamethylenazelat), Poly(ethylensebacat), Poly(decamethylenadipat), Poly(decamethylensebacat), Poly(dimethylpropiolacton). Poly(para-hydroxyhenxoal) (EKONOL). Poly(ethylenoxybenzoat) (A-tell), Poly(ethylenisophthalat), Poly(tetramethylenterephthalat), Poly(hexamethylenterephthalat), Poly(decamethylenterephthalat), Poly(1,4-cyclohexan-dimethylen-terephthalat) (trans), Poly(ethylen-1,5-naphthalat), Poly(ethylen-2,6-naphthalat), Poly(1,4-cylcohexylidendimethylen-terephthalat), (KODEL) (eis) und Poly(1,4-cyclohexylidendimethylen-terephthalat (KODEL) (trans).Exemplary of useful cycloaliphatic, aliphatic and aromatic polyesters that can be used as matrix polymers and/or polymers or oligomers that can be sorbed to the surfaces of exfoliated phyllosilicate platelets in the practice of the present invention are: poly(ethylene terephthalate), poly(cyclohexylenedimethylene terephthalate), poly(ethylene dodecate), poly(butylene terephthalate), poly[ethylene(2,7-naphthalate)], poly(metha-phenylene isophthalate), poly(glycolic acid), poly(ethylene succinate), poly(ethylene adipate), poly(ethylene sebacate), poly(decamethylene azelate), poly(ethylene sebacate), poly(decamethylene adipate), poly(decamethylene sebacate), poly(dimethylpropiolactone). Poly(para-hydroxyhenxoal) (EKONOL). Poly(ethylene oxybenzoate) (A-tell), poly(ethylene isophthalate), poly(tetramethylene terephthalate), poly(hexamethylene terephthalate), poly(decamethylene terephthalate), poly(1,4-cyclohexane-dimethylene terephthalate) (trans), poly(ethylene-1,5-naphthalate), poly(ethylene-2,6-naphthalate), poly(1,4-cylcohexylidenedimethylene tere ephthalate), (KODEL) (ice) and poly(1,4-cyclohexylidenedimethylene terephthalate (KODEL) (trans).

Aus der Kondensation eines Diols und einer aromatischen Dicarbonsäure hergestellte Polyester-Verbindungen sind besonders geeignet als Matrixpolymere und/oder Polymere oder Oligomere, die an die Oberflächen erfindungsgemäßer exfolierter Phyllosilikat-Plättchen sorbiert werden können. Illustrativ für derartige nützliche aromatische Carbonsäuren sind: Terephthalsäure, Isophthalsäure und o-Phthalsäure, 1,3-Naphthalendicarbonsäure, 1,4-Naphthalendicarbonsäure, 2,6-Naphthalendicarbonsäure, 2,7-Naphthalendicarbonsäure, 4,4'-Diphenyldicarbonsäure, 4,4'-Diphenylsulfondicarbonsäure, 1,1,3-Trimethyl-5-carboxy-3-(p-carboxyphenyl)-idan, Diphenylether-4,4'-dicarbonsäure, Bis-p-(carboxyphenyl)methan und dergleichen. Von den zuvor erwähnten aromatischen Dicarbonsäuren werden die auf einem Benzenring basierenden (wie zum Beispiel Terephthalsäure, Isophthalsäure, Orthophthalsäure) zum Gebrauch in der praktischen Ausführung dieser Erfindung bevorzugt. Unter diesen bevorzugten Säure-Precursors ist Terephthalsäure ein besonders bevorzugter Säure-Precursor.Polyester compounds prepared from the condensation of a diol and an aromatic dicarboxylic acid are particularly suitable as matrix polymers and/or polymers or oligomers that can be sorbed to the surfaces of exfoliated phyllosilicate platelets of the present invention. Illustrative of such useful aromatic carboxylic acids are: terephthalic acid, isophthalic acid and o-phthalic acid, 1,3-naphthalenedicarboxylic acid, 1,4-naphthalenedicarboxylic acid, 2,6-naphthalenedicarboxylic acid, 2,7-naphthalenedicarboxylic acid, 4,4'-diphenyldicarboxylic acid, 4,4'-diphenylsulfonedicarboxylic acid, 1,1,3-trimethyl-5-carboxy-3-(p-carboxyphenyl)-idane, diphenyl ether-4,4'-dicarboxylic acid, bis-p-(carboxyphenyl)methane and the like. Of the above-mentioned aromatic dicarboxylic acids, those based on a benzene ring (such as terephthalic acid, isophthalic acid, orthophthalic acid) are preferred for use in the practice of this invention. Among these preferred acid precursors, terephthalic acid is a particularly preferred acid precursor.

Die bevorzugtesten Ausführungsformen der Erfindung, die ein Polymer oder Oligomer an die Oberfläche von Phyllosilikat-Plättchen inkorporieren, schließen ein Polymer ein, ausgewählt aus der Gruppe, die aus Folgendem besteht: Poly(ethylenterephthalat), Poly(butylenterephthalat), Poly(1,4-cyclohexan-dimethylen-terephthalat), ein Polyvinylimin und ein Gemisch davon. Unter diesen Polyestern der Wahl sind Poly(ethylenterephthalat) und Poly(butylenterephthalat) am bevorzugtesten.The most preferred embodiments of the invention incorporating a polymer or oligomer on the surface of phyllosilicate platelets include a polymer selected from the group consisting of: poly(ethylene terephthalate), poly(butylene terephthalate), poly(1,4-cyclohexane-dimethylene terephthalate), a polyvinylimine, and a mixture thereof. Among these polyesters of choice, poly(ethylene terephthalate) and poly(butylene terephthalate) are most preferred.

Noch andere nützliche thermoplastische Homopolymere und Copolymere zur Bildung der Polymere oder Oligomere, die an die Oberflächen der exfolierten Phyllosilikat-Plättchen sorbiert werden können, und/oder als Matrixpolymere zur Bildung von Nanocomposites, sind Polymere, die durch Polymerisation von α-β-ungesättigten Monomeren oder der FormelStill other useful thermoplastic homopolymers and copolymers for forming the polymers or oligomers that adhere to the surfaces of the exfoliated Phyllosilicate platelets can be sorbed, and/or as matrix polymers for the formation of nanocomposites, are polymers obtained by polymerization of α-β-unsaturated monomers or the formula

R¹&sup5;R¹&sup6;O=CH&sub2;R¹⁵R¹⁵O=CH⁺

gebildet werden, worin:are formed in which:

R¹&sup5; und R¹&sup6; die gleichen oder unterschiedlich sind und Cyano, Phenyl, Carboxy, Alkylester, Halo, Alkyl, Alkyl substituiert mit einem oder mehreren Chloro oder Fluoro oder Wasserstoff sind. Illustrativ für derartige bevorzugte Homopolymere und Copolymere sind Homopolymere und Copolymere aus Ethylen, Propylen, Vinylalkohol, Acrylonitril, Vinylidenchlorid, Acrylsäureester, Methacrylsäureester, Chlorotrifluoroethylen, Vinylchlorid und dergleichen. Bevorzugt sind Poly(propylen), Propylen-Copolymere, Poly(ethylen) und Ethylen-Copolymere. Bevorzugter sind Poly(ethylen) und Poly(propylen).R¹⁵ and R¹⁶ are the same or different and are cyano, phenyl, carboxy, alkyl ester, halo, alkyl, alkyl substituted with one or more chloro or fluoro or hydrogen. Illustrative of such preferred homopolymers and copolymers are homopolymers and copolymers of ethylene, propylene, vinyl alcohol, acrylonitrile, vinylidene chloride, acrylic acid esters, methacrylic acid esters, chlorotrifluoroethylene, vinyl chloride and the like. Preferred are poly(propylene), propylene copolymers, poly(ethylene) and ethylene copolymers. More preferred are poly(ethylene) and poly(propylene).

In den bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung sind die Plättchen-sorbierten Polymere und Matrixpolymere der Wahl bei der Herstellung von Nanocomposites Polymere und Copolymere aus Olefinen, Polyestern, Polyamiden, Polyvinyliminen und Mischungen davon, die Polyester enthalten. In den besonders bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung werden Polymere und Copolymere aus Ethylen, Polyamiden (bevorzugt Nylon 6 und Nylon 66 und bevorzugter Nylon 6) und Mischungen davon sowohl zur Sorption an exfolierte Plättchen-Oberflächen als auch als Matrixpolymere verwendet.In the preferred embodiments of the invention, the platelet-sorbed polymers and matrix polymers of choice in the preparation of nanocomposites are polymers and copolymers of olefins, polyesters, polyamides, polyvinylimines and blends thereof containing polyesters. In the most preferred embodiments of the invention, polymers and copolymers of ethylene, polyamides (preferably nylon 6 and nylon 66 and more preferably nylon 6) and blends thereof are used both for sorption to exfoliated platelet surfaces and as matrix polymers.

Das Gemisch kann verschiedene wahlweise Komponenten einschließen, bei denen es sich um Additive handeln kann, die häufig mit Polymeren eingesetzt werden. Derartige wahlweise Komponenten schließen folgende ein: Keimbildner. Füller, Plastifizierungsmittel, Schlagfestmacher, Kettenverlängerungsmittel, Plastifizierungsmittel, Farbstoffe, Formentrenngleitmittel, Antistatika, Pigmente, Feuerschutzmittel und dergleichen. Diese wahlweisen Komponenten und angemessenen Mengen sind den Fachleuten auf dem Gebiet gut bekannt.The mixture may include various optional components which may be additives commonly used with polymers. Such optional components include: nucleating agents, fillers, plasticizers, impact modifiers, chain extenders, plasticizers, dyes, mold release agents, antistatic agents, pigments, Fire retardants and the like. These optional components and appropriate amounts are well known to those skilled in the art.

Der erste Schritt der Exfolierung des geschichteten Materials sollte die Delamination von mindestens ca. 99 Gew.-% des Phyllosilikat-Materials zum Vorsehen einer Nanocomposite-Zusammensetzung vorsehen, die ein Matrixpolymer mit Polymer-sorbierten oder Oligomer-sorbierten Plättchen-Partikeln umfasst, die im Wesentlichen homogen darin dispergiert sind.The first step of exfoliating the layered material should involve delaminating at least about 99 wt.% of the phyllosilicate material to provide a nanocomposite composition comprising a matrix polymer with polymer-sorbed or oligomer-sorbed platelet particles substantially homogeneously dispersed therein.

Die wie durch dieses Verfahren gebildeten Polymer-behandelten oder Oligomer-behandelten exfolierten Plättchen-Partikel, die in Matrixpolymeren dispergiert sind, weisen die Dicke der einzelnen Plättchenschichten und Polymer- oder Oligomer-Beschichtungen auf.The polymer-treated or oligomer-treated exfoliated platelet particles dispersed in matrix polymers as formed by this process have the thickness of the individual platelet layers and polymer or oligomer coatings.

Die Wirkung des Zufügens in ein Matrixpolymer der partikulären dispergierten Plättchen-Partikel auf Nanoskala, die erfindungsgemäß Polymer-behandelt werden, besteht in der Regel aus einer Erhöhung des E-Moduls für Zug und Reißfestigkeit oder einer Erhöhung der Schlagzähigkeit vor Bruch oder Glasübergangstemperatur (Tg).The effect of incorporating into a matrix polymer the particulate dispersed nanoscale platelet particles polymer treated according to the invention is typically an increase in the tensile and tear modulus or an increase in the impact strength before fracture or glass transition temperature (Tg).

Formmassen, die ein thermoplastisches oder wärmehärtbares Polymer umfassen, das eine gewünschte Beladung von Polymer-sorbierten oder Oligomer-sorbierten Plättchen enthält, die erfindungsgemäß hergestellt wurden, sind erstklassig geeignet für die Herbeiführung von Folien und Platten, die wertvolle Eigenschaften aufweisen. Derartige Folien und Platten können durch konventionelle Verfahren, wie zum Beispiel Vakuumverarbeitung oder durch Heißpressen zum Formen nützlicher Gegenstände geformt werden. Die erfindungsgemäßen Folien und Platten sind auch als Beschichtungsmaterialien für andere Materialien geeignet, die zum Beispiel Holz, Glas, Keramik. Metall oder andere Kunststoffe umfassen, und es können unter Verwendung konventioneller Haftmittel, wie zum Beispiel denjenigen, die auf Vinylharzen basieren, außergewöhnliche Festigkeiten erreicht werden. Die Folien und Platten können auch mit anderen Kunststofffilmen laminiert werden, und dies wird vorzugsweise durch Coextrusion bewirkt, wobei die Folien in geschmolzenem Zustand gebunden werden.Molding compositions comprising a thermoplastic or thermosetting polymer containing a desired loading of polymer-sorbed or oligomer-sorbed platelets prepared in accordance with the invention are ideally suited for producing films and sheets having valuable properties. Such films and sheets can be molded by conventional methods such as vacuum processing or by hot pressing to form useful articles. The films and sheets of the invention are also useful as coating materials for other materials including, for example, wood, glass, ceramic, metal or other plastics, and exceptional strengths can be achieved using conventional adhesives such as those based on vinyl resins. The films and sheets can also be laminated with other plastic films, and this is preferably done by Coextrusion is achieved by bonding the films in a molten state.

Die Oberflächen der Folien und Platten, einschließlich derjenigen in der geprägten Form, können durch konventionelle Verfahren, wie zum Beispiel durch Lackieren oder durch die Applikation protektiver Filme verbessert oder fertigbearbeitet werden.The surfaces of the films and sheets, including those in the embossed form, can be improved or finished by conventional processes, such as by painting or by the application of protective films.

Die Polymer/Plättchen-Verbundmaterialien sind besonders nützlich für die Fertigung extrudierter Filme und Filmlaminate, wie zum Beispiel Filme zur Verwendung bei der Lebensmittelverpackung. Derartige Filme können unter Verwendung konventioneller Filmextrusionstechniken gefertigt werden. Die Filme sind bevorzugt von ca. 10 bis ca. 100 um (Mikron), bevorzugter von ca. 20 bis 100 um (Mikron) und am bevorzugtesten von ca. 25 bis ca. 75 um (Mikron) dick.The polymer/platelet composites are particularly useful for making extruded films and film laminates, such as films for use in food packaging. Such films can be made using conventional film extrusion techniques. The films are preferably from about 10 to about 100 µm (microns), more preferably from about 20 to 100 µm (microns), and most preferably from about 25 to about 75 µm (microns) thick.

Die homogen verteilten Polymer-behandelten oder Oligomer-behandelten Plättchen-Partikel und das Matrixpolymer, die Nanocomposite bilden, werden durch geeignete Film-bildende Verfahren in einen Film geformt. In der Regel wird die Zusammensetzung geschmolzen und durch eine filmbildende Düse forciert. Der Film des Nanocomposites kann Schritte durchlaufen, um die Plättchen zu veranlassen, sich weiter auszurichten dergestalt, dass die Hauptebenen durch die Plättchen im Wesentlichen parallel zu der Hauptebene durch den Film verlaufen. Das biaxiale Strecken des Filmes ist ein Verfahren, um dies zu bewirken. So wird der Film zum Beispiel in der Axial- oder Maschinenrichtung durch Spannwalzen, gestreckt, welche den Film, wenn er aus der Düse extrudiert wird, ziehen. Der Film wird gleichzeitig durch Einspannen der Kanten des Filmes und ihr Auseinanderziehen in der Querrichtung gestreckt. Als Alternative wird der Film unter Verwendung einer tubulären Filmdüse und das Aufblasen des Films, wenn er aus der tubulären Filmdüse passiert, in Querrichtung gestreckt. Die Filme können einen Vorteil oder mehrere der folgenden Vorteile aufweisen: erhöhter Modul; erhöhte Nassfestigkeit; erhöhte Dimensionsstabilität; verminderte Feuchtigkeitsadsorption; verminderte Durchlässigkeit für Gase, wie zum Beispiel Sauerstoff und Flüssigkeiten, wie zum Beispiel Wasser. Alkohole und andere Lösungsmittel.The homogeneously distributed polymer-treated or oligomer-treated platelet particles and matrix polymer that form nanocomposites are formed into a film by suitable film-forming processes. Typically, the composition is melted and forced through a film-forming die. The film of the nanocomposite may undergo steps to cause the platelets to further align such that the principal planes through the platelets are substantially parallel to the principal plane through the film. Biaxial stretching of the film is one method of accomplishing this. For example, the film is stretched in the axial or machine direction by tension rolls that pull the film as it is extruded from the die. The film is simultaneously stretched by clamping the edges of the film and pulling them apart in the transverse direction. Alternatively, the film is stretched in the transverse direction using a tubular film die and inflating the film as it passes out of the tubular film die. The films may have one or more of the following advantages: increased modulus; increased wet strength; increased dimensional stability; reduced moisture adsorption; reduced permeability to gases such as oxygen and liquids such as water, alcohols and other solvents.

Die folgenden spezifischen Beispiele werden dargelegt, um die Erfindung ganz besonders zu veranschaulichen und dürfen nicht als Einschränkungen davon verstanden werden.The following specific examples are set forth to particularly illustrate the invention and are not to be construed as limitations thereon.

Wie in den folgenden Beispielen 1 bis 3 und 6 gezeigt, wurde Natriumbentonit mit Lösungsmittel/Wasser interkalierenden Zusammensetzungen unter Verwendung verschiedener organischer Lösungsmittel, die zur Löslichmachung eines anschließend zugefügten wasserunlöslichen Polymers fähig sind, interkaliert, und nach der Exfolierung des Tons wurden die Plättchen und Taktoide dann mit dem wasserlöslichen Polymer in der Form einer Polymerschmelze kontakiert, um das Polymer mit Dehydratation der exfolierten Plättchen und ohne Kollaps der Plättchen an die Plättchenoberflächen anzuhaften: BEISPIEL 1 (Fig. 4) I. Herstellung von Gel A As shown in Examples 1 to 3 and 6 below, sodium bentonite was intercalated with solvent/water intercalating compositions using various organic solvents capable of solubilizing a subsequently added water-insoluble polymer, and after exfoliation of the clay, the platelets and tactoids were then contacted with the water-soluble polymer in the form of a polymer melt to adhere the polymer to the platelet surfaces with dehydration of the exfoliated platelets and without collapse of the platelets: EXAMPLE 1 (Fig. 4) I. Preparation of Gel A

II. Zufügen von mit Wasser kompatiblem Lösungsmittel/kompatiblen Lösungsmitteln und Dehydratation von GelII. Addition of water compatible solvent(s) and dehydration of gel

Das Folgende vormischen; dann unter Rühren Gel A zufügen:Premix the following; then add Gel A while stirring:

GBL - 133,3gGBL-133,3g

DG - 133,3 gDG - 133.3 g

Bis zum gründlichen Dispergieren mischen.Mix until thoroughly dispersed.

Dann unter Rühren 280 g Methylethylketon (MEK) (ca. 20%-30% des Gesamtgewichtes von Gel A plus H&sub2;O-kompatible(s) Lösungsmittel) zufügen.Then add 280 g of methyl ethyl ketone (MEK) (approximately 20%-30% of the total weight of Gel A plus H₂O-compatible solvent(s)) while stirring.

Bis zur Dehydratation von Gel A Hitze bei 80-100ºC (bis zu einem Feuchtigkeitsgehalt von 0,5% oder darunter) aufbringen.Apply heat at 80-100ºC until Gel A is dehydrated (to a moisture content of 0.5% or less).

Das Gemisch die ganze Zeit über weiter mischen. III. Herstellung von Polypropylen mit Isophoron und Gel A Initialgewicht (%) Endgewicht (%) Continue mixing the mixture the entire time. III. Preparation of polypropylene with isophorone and gel A Initial weight (%) Final weight (%)

Eine Röntgendiffraktionsaufnahme für das durch dieses Beispiel 1 hergestellte Material wird in Fig. 4 gezeigt. Die Breite der Basis des Peaks bei 13,03 Å (Polypropylen) zeigt an, dass die exfolierten Tonplättchen und -taktoide eine mittlere Dicke von 3,9 nm oder 39 Å aufweisen, was daraufhindeutet, dass das Exfoliat eine mittlere Anzahl von drei Plättchen mit einer Polymerschicht zwischen jedem der Paare der angrenzenden Plättchen aufweist.An X-ray diffraction pattern for the material prepared by this Example 1 is shown in Figure 4. The width of the base of the peak at 13.03 Å (polypropylene) indicates that the exfoliated clay platelets and tactoids have an average thickness of 3.9 nm or 39 Å, suggesting that the exfoliate has an average number of three platelets with a polymer layer between each of the pairs of adjacent platelets.

Die folgenden Beispiele und dazugehörigen Zeichnungsfiguren zeigen, dass das Phyllosilikat (Natriumbentonit) nach der Wasserentfernung durch Kontakt mit Wasser und einem organischen Lösungsmittel, (Beispiele 5 und 6) exfoliert wird und exfoliert bleibt; das Phyllosilikat aber nicht ohne Wasser (nur Ton und organisches Lösungsmittel - Beispiel 4, Fig. 6) exfoliert werden kann; dass das Phyllosilikat ohne das organische Lösungsmittel (nur Wasser) exfoliert werden kann, aber nach der Dehydratation die exfolierten Plättchen wieder in die geschichtete Struktur kollabieren und zeigen, dass nach der Exfolierung mit Lösungsmittel und Wasser, Versuche zum Austausch eines wasserunlöslichen Polymers durch das an den Plättchen anhaftende Lösungsmittel durch Kontaktieren der Plättchen mit einer Polymerschmelze ohne die Polymerschmelze, einschließlich eines Lösungsmittels (mindestens ca. 25% bezogen auf das Gewicht des Polymers) für das wasserunlösliche Polymer (Beispiel 5 - Fig. 9) nicht erfolgreich ist:The following examples and corresponding drawings show that the phyllosilicate (sodium bentonite) after water removal by contact with water and an organic solvent (Examples 5 and 6) is exfoliated and remains exfoliated; however, the phyllosilicate cannot be exfoliated without water (clay and organic solvent only - Example 4, Fig. 6); that the phyllosilicate can be exfoliated without the organic solvent (water only), but after dehydration the exfoliated platelets collapse back into the layered structure and show that after exfoliation with solvent and water, attempts to replace a water-insoluble polymer with the solvent adhering to the platelets by contacting the platelets with a polymer melt without the polymer melt including a solvent (at least about 25% by weight of the polymer) for the water-insoluble polymer (Example 5 - Fig. 9) is unsuccessful:

BEISPIEL 2 - (Fig. 5 UND 6)EXAMPLE 2 - (Fig. 5 AND 6) I. Exfolieren von Belle Yellow-Natriumbentonit (Gel A)I. Exfoliating Belle Yellow Sodium Bentonite (Gel A)

A. In einen 2000-ml-Becher 100 ml Wasser geben, dann unter Verwendung des Caframo-Mischgerätes mit einem Scherblatt mit einem Durchmesser von 5,1 cm (2 Inch) langsam Belle Yellow (teelöffelweise, ca. 5 g) und 5 g Dimethylsulfoxid (DMSO) dem Wasser während des Mischens langsam zufügen.A. In a 2000 ml beaker, add 100 ml of water, then using the Caframo blender with a 5.1 cm (2 inch) diameter blade, slowly add Belle Yellow (a teaspoonful, approximately 5 g) and 5 g of dimethyl sulfoxide (DMSO) to the water while mixing.

B. Die Mischgeschwindigkeit gegebenenfalls regulieren, um eine optimale Scherungskapazität aufrechtzuerhalten, weil die Viskosität zunimmt, wenn Belle Yellow in Wasser und DMSO inkorporiert wird. Der Wirbel sollte, wenn möglich, ca. 1/3 in den Becher hinunterreichen.B. Adjust mixing speed if necessary to maintain optimal shear capacity because viscosity increases as Belle Yellow is incorporated into water and DMSO. The vortex should extend approximately 1/3 down the beaker if possible.

C. Das Gemisch 1 Stunde scheren lassen, bis es vollkommen homogenisiert ist.C. Shear the mixture for 1 hour until completely homogenized.

D. Ein Röntgen-Scan von dem Gel anfertigen, um Exfolierung sicherzustellen. (Siehe Fig. 5).D. Take an X-ray scan of the gel to ensure exfoliation. (See Fig. 5).

II. Polymer + NanocompositeII. Polymer + Nanocomposite

A. In einen großen Edelstahlbehälter Dimethylsulfoxid (DMSO), Gel A (Belle Yellow + Wasser) und Ethylen-Vinylalkohol-Polymer (EV-OH) geben.A. In a large stainless steel container add dimethyl sulfoxide (DMSO), Gel A (Belle Yellow + water) and ethylene vinyl alcohol polymer (EV-OH).

B. Unter Verwendung einer Heizplatte die Reaktanten auf 110ºC erhitzen.B. Using a hot plate, heat the reactants to 110ºC.

C. Während die Reaktanten erhitzt werden, scheren und das Gel mittels des Coules-Mischers in das Polymer mischen.C. While the reactants are heating, shear and mix the gel into the polymer using the Coules mixer.

D. Wenn das Polymer 100%ig geschmolzen ist, die Geschwindigkeit des Mischers erhöhen und die Reaktanten zum Verdampfen des Wassers mindestens 3 Stunden scheren lassen.D. When the polymer is 100% melted, increase the mixer speed and shear the reactants to evaporate the water for at least 3 hours.

E. Die Reaktion stoppen, die Produkte in Schalen gießen und über Nacht abkühlen lassen.E. Stop the reaction, pour the products into bowls and let cool overnight.

F. Das Produkt in winzige Stücke von ca. 1-22 mm zerbrechen.F. Break the product into tiny pieces approximately 1-22 mm.

6. Das fertige Polymer unter laufendem heißem Wasser durchwaschen, bis keine DMSO-Spur mehr vorhanden ist.6. Rinse the finished polymer under running hot water until no trace of DMSO is left.

H. Tests durchführen. (TGA (Thermogravimetrische Analyse), Röntgen, Klarheit mittels Mikroskop.H. Conduct tests. (TGA (Thermogravimetric Analysis), X-ray, Clarity by microscope.

HINWEIS: Für höhere prozentuale Anteile von Ton in Polymer das Verhältnis anpassen, und die berichtigte Menge in die Reaktion inkorporieren. So werden zum Beispiel für eine 10%ige Konzentration 100 g Belle Yellow und 900 g EV-OH verwendet. Die Menge des Lösungsmittels zur Verwendung zu diesem Zeitpunkt ist variabel. Ein Verhältnis von 5 Gew.-% Ton zu 95 Gew.-% Wasser wird zur Herstellung des Gels bevorzugt. Von diesem Verhältnis wird ein 50 : 50 H&sub2;O zu DMSO verwendet, deshalb werden für die 10%ige Konzentration 1900 g H&sub2;O und 1900 g DMSO verwendet.NOTE: For higher percentages of clay in polymer, adjust the ratio and incorporate the corrected amount into the reaction. For example, for a 10% concentration, 100 g of Belle Yellow and 900 g of EV-OH are used. The amount of solvent to use at this time is variable. A ratio of 5 wt% clay to 95 wt% water is preferred for preparing the gel. Of this ratio, a 50:50 H2O to DMSO is used, so for the 10% concentration, 1900 g H2O and 1900 g DMSO are used.

Wie in Fig. 6 gezeigt, zeigt eine Röntgendiffraktionsaufnahme für das mit Polymer behandelte Produkt über die Höhe und Breite des Peaks bei 13,98 Å, dass der Ton exfoliert bleibt und Ethylen-Vinylalkohol-Polymer an die Plättchen-Innenflächen des Tons anhaftend einschließt.As shown in Figure 6, an X-ray diffraction pattern for the polymer-treated product across the height and width of the peak at 13.98 Å shows that the clay remains exfoliated and includes ethylene-vinyl alcohol polymer adhered to the platelet inner surfaces of the clay.

BEISPIEL 3 (Fig. 7)EXAMPLE 3 (Fig. 7) I. Exfolieren von Belle Yellow Natriumbentonit (Gel A)I. Exfoliating Belle Yellow Sodium Bentonite (Gel A)

A. In einen 2000-ml-Becher 100 ml Wasser geben, dann unter Verwendung des Caframo-Mischgerätes mit einem Scherblatt mit einem Durchmesser von 2 Inch langsam Belle Yellow (teelöffelweise, ca. 5 g) und 5 g γ-Butyrolacton (GBL) während des Mischens zu dem Wasser geben.A. In a 2000 ml beaker, add 100 ml of water, then using the Caframo blender with a 2 inch diameter blade, slowly add Belle Yellow (a teaspoonful, approximately 5 g) and 5 g of γ-butyrolactone (GBL) to the water while mixing.

B. Die Mischgeschwindigkeit gegebenenfalls regulieren, um eine optimale Scherungskapazität aufrechtzuerhalten, weil die Viskosität zunimmt, wenn Belle Yellow in Wasser und GBL inkorporiert wird. Der Wirbel sollte wenn möglich, ca. 1/3 in den Becher hinunterreichen.B. Adjust mixing speed if necessary to maintain optimal shear capacity as viscosity increases as Belle Yellow is incorporated into water and GBL. The vortex should extend approximately 1/3 down the cup if possible.

C. Das Gemisch 1 Stunde scheren lassen, bis es vollkommen homogenisiert ist.C. Shear the mixture for 1 hour until completely homogenized.

D. Ein Röntgen-Scan von dem Gel anfertigen, um die Exfolierung sicherzustellen. (Siehe Fig. 2).D. Take an X-ray scan of the gel to ensure exfoliation. (See Fig. 2).

II. Polymer + NanocompositeII. Polymer + Nanocomposite

A. In einen großen Edelstahlbehälter γ-Butyrolacton (GBL), Gel A (Belle Yellow + Wasser) und Ethylen-Vinylalkohol-Polymer (EV-OH) geben.A. In a large stainless steel container, add γ-butyrolactone (GBL), Gel A (Belle Yellow + water) and ethylene vinyl alcohol polymer (EV-OH).

B. Unter Verwendung einer Heißplatte die Reaktanten auf 110ºC erhitzen.B. Using a hot plate, heat the reactants to 110ºC.

C. Während die Reaktanten erhitzt werden, scheren und das Gel mittels des Coules-Mischers in das Polymer mischen.C. While the reactants are heating, shear and mix the gel into the polymer using the Coules mixer.

D. Wenn das Polymer 100%ig geschmolzen ist, die Geschwindigkeit des Mischers erhöhen und die Reaktanten zum Verdampfen des Wassers mindestens 3 Stunden scheren lassen.D. When the polymer is 100% melted, increase the mixer speed and shear the reactants to evaporate the water for at least 3 hours.

E. Die Reaktion stoppen, die Produkte in Schalen gießen und über Nacht abkühlen lassen.E. Stop the reaction, pour the products into bowls and let cool overnight.

F. Das Produkt in winzige Stücke von ca. 1-22 mm zerbrechen.F. Break the product into tiny pieces approximately 1-22 mm.

G. Das fertige Polymer unter laufendem heißen Wasser durchwaschen, bis keine GBL-Spur mehr vorhanden ist.G. Rinse the finished polymer under running hot water until no trace of GBL is present.

H. Tests durchführen. (TGA, Röntgen, Klarheit mittels Mikroskop).H. Perform tests. (TGA, X-ray, clarity by microscope).

HINWEIS: Für höhere prozentuale Anteile von Ton in Polymer das Verhältnis anpassen, und die berichtigte Menge in die Reaktion inkorporieren. So werden zum Beispiel für eine 10%ige Konzentration 100 g Belle Yellow und 900 g EV-OH verwendet. Die Menge des Lösungsmittels zur Verwendung zu diesem Zeitpunkt ist variabel. Ein Verhältnis von 5 Gew.-% Ton zu 95 Gew.-% Wasser wird zur Herstellung des Gels bevorzugt. Von diesem Verhältnis wird ein 50 : 50 H&sub2;O zu GBL verwendet, deshalb werden für die 10%ige Konzentration 1900 g H&sub2;O und 1900 g GBL verwendet.NOTE: For higher percentages of clay in polymer, adjust the ratio and incorporate the corrected amount into the reaction. For example, for a 10% concentration, 100 g of Belle Yellow and 900 g of EV-OH are used. The amount of solvent to use at this time is variable. A ratio of 5 wt% clay to 95 wt% water is preferred for making the gel. Of this ratio, a 50:50 H₂O to GBL is used, so for the 10% concentration, 1900 g of H₂O and 1900 g of GBL are used.

Wie in Fig. 7 gezeigt, zeigt eine Röntgendiffraktionsaufnahme für das mit Polymer behandelte Produkt über die Höhe und Breite des Peaks bei 15,976 Å, dass der Ton exfoliert bleibt und Ethylen-Vinylalkohol-Polymer an die Plättchen-Innenflächen des Tons anhaftend einschließt.As shown in Figure 7, an X-ray diffraction pattern for the polymer-treated product across the height and width of the peak at 15.976 Å shows that the clay remains exfoliated and includes ethylene-vinyl alcohol polymer adhered to the platelet inner surfaces of the clay.

BEISPIEL 4 (Fig. 8)EXAMPLE 4 (Fig. 8)

Beispiel 2 wurde ohne das Wasser einzuschließen (0% Wasser) durch Exfolieren des Tons zur Herstellung von Gel A (unter Verwendung von 70 Gew.-% Ton und 30 Gew.-% DMSO bezogen auf das Trockengewichts des Tons) wiederholt. Wie in Fig. 8 gezeigt, ist der hohe, schmale Peak bei 18,66 Å bezeichnend für Natriumbentonit-Ton, der nicht exfoliert wurde (oder einen Natriumbentonit-Ton, der exfoliert wurde und dann zurück in die ursprüngliche mehrgeschichtete Struktur kollabierte).Example 2 was repeated without including the water (0% water) by exfoliating the clay to produce Gel A (using 70 wt% clay and 30 wt% DMSO based on the dry weight of the clay). As shown in Figure 8, the tall, narrow peak at 18.66 Å is indicative of sodium bentonite clay that was not exfoliated (or sodium bentonite clay that was exfoliated and then collapsed back into the original multilayered structure).

BEISPIEL 5 (Fig. 9)EXAMPLE 5 (Fig. 9)

Beispiel 2 wurde ohne ein Lösungsmittel oder Wasser wiederholt, wobei versucht wurde, die EVOH-Polymerschmelze direkt zwischen den Tonplättchen zu interkalieren. Wie in Fig. 9 gezeigt, wurde der Ton nicht interkaliert (mit dem EVOH-Polymer komplexiert) und wurde nicht exfoliert. BEISPIEL 6 I. Herstellung von Gel A Example 2 was repeated without a solvent or water, attempting to intercalate the EVOH polymer melt directly between the clay platelets. As shown in Figure 9, the clay was not intercalated (complexed with the EVOH polymer) and was not exfoliated. EXAMPLE 6 I. Preparation of Gel A

II. Zufügen von mit Wasser kompatiblem Lösungsmittel/kompatiblen Lösungsmitteln und Dehydratation von GelII. Addition of water compatible solvent(s) and dehydration of gel

Das Folgende vormischen; dann unter Rühren Gel A zufügen:Premix the following; then add Gel A while stirring:

GBL - 133,3 gGBL-133,3g

DG - 133,3 gDG - 133.3 g

Bis zu gründlichem Dispergieren mischen.Mix until thoroughly dispersed.

Dann unter Rühren 280 g Methylethylketon (MEK)(ca. 20%-30% des Gesamtgewichtes von Gel A plus H&sub2;O-kompatible(s) Lösungsmittel) zufügen.Then add 280 g of methyl ethyl ketone (MEK) (approximately 20%-30% of the total weight of Gel A plus H₂O-compatible solvent(s)) while stirring.

Bis zur Dehydratation von Gel A Hitze bei 80-100 DC (bis zu einem Feuchtigkeitsgehalt von 0,5% oder darunter) aufbringen.Apply heat at 80-100 DC until Gel A is dehydrated (to a moisture content of 0.5% or less).

Das Gemisch die ganze Zeit über weiter mischen. III. Herstellung von Nylon 6,6 mit γ-Butyrolacton (GBL) und Gel A Initialgewicht (%) Endgewicht (%) Continue mixing the mixture the entire time. III. Preparation of nylon 6,6 with γ-butyrolactone (GBL) and gel A Initial weight (%) Final weight (%)

Den Fachleuten auf dem Gebiet werden im Hinblick auf die vorstehende Beschreibung zahlreiche Modifikationen und alternative Ausführungsformen der Erfindung offensichtlich sein. Demgemäß ist diese Beschreibung lediglich als illustrativ zu verstehen und ist für den Zweck der Lehre der Fachleute bezüglich der besten Ausführungsform der Erfindung bestimmt. Die näheren Einzelheiten der Struktur können erheblich variiert werden und die ausschließliche Verwendung aller Modifikationen, die in den Rahmen der anhängenden Ansprüche fallen, wird vorbehalten.Numerous modifications and alternative embodiments of the invention will be apparent to those skilled in the art in view of the foregoing description. Accordingly, this description is to be considered as illustrative only and is intended for the purpose of teaching those skilled in the art the best mode for carrying out the invention. The details of the structure may be varied considerably and the exclusive use of all modifications that come within the scope of the appended claims is reserved.

Claims (28)

1. Exfolierte Plättchen eines Phyllosilikatmaterials mit einem wasserunlöslichen Polymer, elektrostatisch komplexiert an eine wichtige Oberfläche oder beide wichtige Oberflächen von genannten Plättchen ohne ein Oniumion oder einen Silan-Haftvermittler, wobei genannte Plättchen hergestellt werden durch zuerst Exfolieren des Phyllosilikats zur Bildung eines Gels, das Phyllosilikat-Plättchen in einem Wasser/Lösungsmittel-Gemisch umfasst und danach Kontaktieren der Phyllosilikat-Plättchen mit einer Zusammensetzung, die ein wasserunlösliches Polymer und ein Lösungsmittel für genanntes wasserunlösliches Polymer umfasst.1. Exfoliated platelets of a phyllosilicate material having a water-insoluble polymer electrostatically complexed to one or both of the important surfaces of said platelets without an onium ion or a silane coupling agent, said platelets being prepared by first exfoliating the phyllosilicate to form a gel comprising phyllosilicate platelets in a water/solvent mixture and then contacting the phyllosilicate platelets with a composition comprising a water-insoluble polymer and a solvent for said water-insoluble polymer. 2. Exfolierte Plättchen nach Anspruch 1, worin die Konzentration von wasserunlöslichem Polymer in genannter das Phyllosilikat kontaktierender Zusammensetzung mindestens ca. 5 Gew.-% beträgt.2. Exfoliated platelets according to claim 1, wherein the concentration of water-insoluble polymer in said phyllosilicate-contacting composition is at least about 5% by weight. 3. Exfolierte Plättchen nach Anspruch 2, worin die Konzentration von wasserunlöslichem Polymer in genannter das Phyllosilikat kontaktierender Zusammensetzung mindestens ca. 15 Gew.-% beträgt.3. Exfoliated platelets according to claim 2, wherein the concentration of water-insoluble polymer in said phyllosilicate-contacting composition is at least about 15% by weight. 4. Exfolierte Plättchen nach Anspruch 3, worin die Konzentration von wasserunlöslichem Polymer in genannter das Phyllosilikat kontaktierender Zusammensetzung mindestens ca. 20 Gew.-% beträgt.4. Exfoliated platelets according to claim 3, wherein the concentration of water-insoluble polymer in said phyllosilicate-contacting composition is at least about 20% by weight. 5. Exfolierte Plättchen nach Anspruch 4, worin die Konzentration von wasserunlöslichem Polymer in genannter das Phyllosilikat kontaktierender Zusammensetzung mindestens ca. 30 Gew.-% beträgt.5. Exfoliated platelets according to claim 4, wherein the concentration of water-insoluble polymer in said phyllosilicate-contacting composition is at least about 30% by weight. 6. Exfolierte Plättchen nach Anspruch 5, worin die Konzentration von wasserunlöslichem Polymer in genannter das Phyllosilikat kontaktierender Zusammensetzung der Bereich von ca. 50 Gew.-% bis 80 Gew.-% ist.6. Exfoliated platelets according to claim 5, wherein the concentration of water insoluble polymer in said phyllosilicate contacting composition is in the range of about 50 wt.% to 80 wt.%. 7. Exfolierte Plättchen nach Anspruch 5, worin die Konzentration von wasserunlöslichem Polymer in genannter das Phyllosilikat kontaktierender Zusammensetzung der Bereich von ca. 50 Gew.-% bis ca. 100 Gew.-% ist.7. Exfoliated platelets according to claim 5, wherein the concentration of water insoluble polymer in said phyllosilicate contacting composition is in the range of about 50 wt.% to about 100 wt.%. 8. Exfolierte Plättchen nach Anspruch 1, worin die Konzentration von wasserunlöslichem Polymer in der das Phyllosilikat kontaktierenden Zusammensetzung initial mindestens ca. 16 Gew.-% bezogen auf das Trockengewicht des kontaktierten Phyllosilikats beträgt.8. Exfoliated platelets according to claim 1, wherein the concentration of water-insoluble polymer in the composition contacting the phyllosilicate is initially at least about 16 weight percent based on the dry weight of the contacted phyllosilicate. 9. Exfolierte Plättchen nach Anspruch 8, worin die Konzentration des Polymers in der das Phyllosilikat kontaktierenden Zusammensetzung initial in dem Bereich von ca. 16 Gew.-% bis ca. 200 Gew.-% bezogen auf das Trockengewicht des kontaktierten Phyllosilikats liegt.9. Exfoliated platelets according to claim 8, wherein the concentration of the polymer in the composition contacting the phyllosilicate is initially in the range of about 16 wt.% to about 200 wt.% based on the dry weight of the contacted phyllosilicate. 10. Exfolierte Plättchen nach Anspruch 9, worin die Konzentration des Polymers in der das Phyllosilikat kontaktierenden Zusammensetzung initial in dem Bereich von ca. 35 Gew.-% bis weniger als ca. 55 Gew.-% bezogen auf das Trockengewicht des kontaktierten Phyllosilikats liegt.10. Exfoliated platelets according to claim 9, wherein the concentration of the polymer in the composition contacting the phyllosilicate is initially in the range of about 35 wt.% to less than about 55 wt.% based on the dry weight of the contacted phyllosilicate. 11. Exfolierte Plättchen nach Anspruch 9, worin die Konzentration des Polymers in der das Phyllosilikat kontaktierenden Zusammensetzung ca. 70 Gew.-% bis ca. 200 Gew.-% bezogen auf das Trockengewicht des kontaktierten Phyllosilikats beträgt. 11. Exfoliated platelets according to claim 9, wherein the concentration of the polymer in the composition contacting the phyllosilicate is about 70% to about 200% by weight based on the dry weight of the contacted phyllosilicate. 12. Exfolierte Plättchen nach einem der vorangehenden Ansprüche, worin das Polymer ein Gewichtsmittel des Molekulargewichts in dem Bereich von ca. 225 bis ca. 1000000 g/mol aufweist.12. Exfoliated platelets according to any one of the preceding claims, wherein the polymer has a weight average molecular weight in the range of about 225 to about 1,000,000 g/mol. 13. Exfolierte Plättchen nach Anspruch 12, worin das Polymer ein Gewichtsmittel des Molekulargewichts in dem Bereich von ca. 225 bis ca. 10000 g/mol aufweist.13. The exfoliated platelets of claim 12, wherein the polymer has a weight average molecular weight in the range of about 225 to about 10,000 g/mol. 14. Exfolierte Plättchen nach einem der vorangehenden Ansprüche, worin das Phyllosilikat wie folgt exfoliert wird: durch Bilden einer Zusammensetzung aus dem Phyllosilikat, Wasser und einem organischen Lösungsmittel und Scheren der Zusammensetzung zur Bildung eines Gels, das die exfolierten Plättchen enthält, welche das organische Lösungsmittel an eine Oberfläche der Plättchen gebunden aufweisen.14. Exfoliated platelets according to any one of the preceding claims, wherein the Phyllosilicate is exfoliated by forming a composition of the phyllosilicate, water and an organic solvent and shearing the composition to form a gel containing the exfoliated platelets having the organic solvent bound to a surface of the platelets. 15. Exfolierte Plättchen nach einem der vorangehenden Ansprüche, worin die Menge von elektrostatisch an die Oberflächen der exfolierten Plättchen komplexiertem Polymer ca. 10 Gew.-% bis ca. 80 Gew.-% bezogen auf das Trockengewicht der exfolierten Plättchen beträgt.15. Exfoliated platelets according to any one of the preceding claims, wherein the amount of polymer electrostatically complexed to the surfaces of the exfoliated platelets is from about 10% to about 80% by weight based on the dry weight of the exfoliated platelets. 16. Exfolierte Plättchen nach Anspruch 15, worin die Menge von elektrostatisch an die Oberflächen der exfolierten Plättchen komplexiertem Polymer ca. 15 Gew.-% bis ca. 80 Gew.-% bezogen auf das Trockengewicht der exfolierten Plättchen beträgt.16. Exfoliated platelets according to claim 15, wherein the amount of polymer electrostatically complexed to the surfaces of the exfoliated platelets is from about 15% to about 80% by weight based on the dry weight of the exfoliated platelets. 17. Exfolierte Plättchen nach Anspruch 16, worin die Menge von elektrostatisch an die Oberflächen der exfolierten Plättchen komplexiertem Polymer ca. 20 Gew.-% bis ca. 70 Gew.-% bezogen auf das Trockengewicht der exfolierten Plättchen beträgt.17. Exfoliated platelets according to claim 16, wherein the amount of polymer electrostatically complexed to the surfaces of the exfoliated platelets is from about 20% to about 70% by weight based on the dry weight of the exfoliated platelets. 18. Exfolierte Plättchen nach Anspruch 17, worin die Menge von elektrostatisch an die Oberflächen der exfolierten Plättchen komplexiertem Polymer ca. 20 Gew.-% bis ca. 60 Gew.-% bezogen auf das Trockengewicht der exfolierten Plättchen beträgt.18. Exfoliated platelets according to claim 17, wherein the amount of polymer electrostatically complexed to the surfaces of the exfoliated platelets is from about 20% to about 60% by weight based on the dry weight of the exfoliated platelets. 19. Exfolierte Plättchen nach Anspruch 16, worin die Menge von elektrostatisch an die Oberflächen der exfolierten Plättchen komplexiertem Polymer ca. 16 Gew.-% bis ca. 80 Gew.-% bezogen auf das Trockengewicht der exfolierten Plättchen beträgt.19. Exfoliated platelets according to claim 16, wherein the amount of polymer electrostatically complexed to the surfaces of the exfoliated platelets is from about 16% to about 80% by weight based on the dry weight of the exfoliated platelets. 20. Exfolierte Plättchen nach Anspruch 19, worin die Menge von elektrostatisch an die Oberflächen der exfolierten Plättchen komplexiertem Polymer ca. 16 Gew.-% bis ca. 70 Gew.-% bezogen auf das Trockengewicht der exfolierten Plättchen beträgt.20. Exfoliated platelets according to claim 19, wherein the amount of polymer electrostatically complexed to the surfaces of the exfoliated platelets is from about 16% to about 70% by weight based on the dry weight of the exfoliated platelets. 21. Nanocomposite, das exfolierte Plättchen nach einem der vorangehenden Ansprüche umfasst, das mit einem Matrix-Polymer beigemischt wird.21. Nanocomposite comprising exfoliated platelets according to any one of the preceding claims admixed with a matrix polymer. 22. Nanocomposite nach Anspruch 21, worin das Matrix-Polymer aus der Gruppe ausgewählt wird, die aus Folgendem besteht: einem Polyamid; Polyvinylimin; Polyethylenterephthalat; Polybutylenterephthalat; einem Polymer polymerisiert aus einem Monomer, ausgewählt aus der Gruppe, die aus Dihydroxyethylterephthalat; Hydroxyethylterephthalat; Dihydroxybutylterephthalat und Gemischen davon besteht.22. The nanocomposite of claim 21, wherein the matrix polymer is selected from the group consisting of: a polyamide; polyvinylimine; polyethylene terephthalate; polybutylene terephthalate; a polymer polymerized from a monomer selected from the group consisting of dihydroxyethyl terephthalate; hydroxyethyl terephthalate; dihydroxybutyl terephthalate, and mixtures thereof. 23. Verfahren zum Herstellen von Polymer tragenden exfolierten Plättchen nach einem der Ansprüche 1 bis 20, das Folgendes umfasst:23. A process for producing polymer-bearing exfoliated platelets according to any of claims 1 to 20, comprising: Exfolieren des Phyllosilikats in Phyllosilikatplättchen durch Bilden einer Zusammensetzung aus dem Phyllosilikat, Wasser und einem organischen Lösungsmittel und Scheren der Zusammensetzung zum Bilden eines Gels, das die exfolierten Plättchen enthält, welche das organische Lösungsmittel elektrostatisch an eine Oberfläche der Plättchen komplexiert aufweisen; undexfoliating the phyllosilicate into phyllosilicate platelets by forming a composition of the phyllosilicate, water and an organic solvent and shearing the composition to form a gel containing the exfoliated platelets having the organic solvent electrostatically complexed to a surface of the platelets; and Kontaktieren der mit Lösungsmittel komplexierten exfolierten Phyllosilikat-Plättchen mit einer Zusammensetzung, die ein wasserunlösliches Polymer oder wasserunlösliches Oligomer umfasst; und ein Lösungsmittel für genanntes wasserunlösliches Polymer oder Oligomer und Schmelzen des wasserunlöslichen Polymers zum Austreiben des komplexierten Lösungsmittels und zum Komplexieren des Polymers an die Phyllosilikat-Plättchen.contacting the solvent-complexed exfoliated phyllosilicate platelets with a composition comprising a water-insoluble polymer or water-insoluble oligomer; and a solvent for said water-insoluble polymer or oligomer; and melting the water-insoluble polymer to drive off the complexed solvent and to complex the polymer to the phyllosilicate platelets. 24. Verfahren nach Anspruch 23, das ferner die folgenden Schritte einschließt:24. The method of claim 23, further including the steps of: Kombinieren der Polymer-komplexierten Plättchen mit einem Matrix-Polymer; undCombining the polymer-complexed platelets with a matrix polymer; and Dispergieren genannter Polymer-komplexierter Plättchen im ganzen genannten Polymer.Dispersing said polymer-complexed platelets throughout said polymer. 25. Verfahren nach Anspruch 23 oder 24, worin genanntes Polymer-Lösungsmittel ca. 50 Gew.-% bis ca. 200 Gew.-% organisches Lösungsmittel bezogen auf das Gesamtgewicht von genannter Zusammensetzung umfasst, die genanntes Phyllosilikat kontaktiert.25. The method of claim 23 or 24, wherein said polymer solvent comprises from about 50% to about 200% by weight of organic solvent based on the total weight of said composition contacting said phyllosilicate. 26. Verfahren nach einem der Ansprüche 23 bis 25, worin das von den exfolierten Plättchen getragene wasserunlösliche Polymer eine Funktionalität besitzt, ausgewählt aus der Gruppe, die aus Folgendem besteht: einem Carbonyl, Hydroxyl, Carboxyl, Amin, Amid, Ether, Ester, Sulfat, Sulfonat, Sulfinat, Sulfamat, Phosphat, Phosphonat, Phosphinat und einem aromatischen Ring.26. A method according to any one of claims 23 to 25, wherein the water-insoluble polymer carried by the exfoliated platelets has a functionality selected from the group consisting of: a carbonyl, hydroxyl, carboxyl, amine, amide, ether, ester, sulfate, sulfonate, sulfinate, sulfamate, phosphate, phosphonate, phosphinate and an aromatic ring. 27. Verfahren zum elektrostatischen Anhaften einer organischen Flüssigkeit mit einer polaren Funktionalität an eine Innenfläche eines Phyllosilikat-Plättchens, das Folgendes umfasst:27. A method for electrostatically adhering an organic liquid having a polar functionality to an inner surface of a phyllosilicate platelet, comprising: Mischen des Phyllosilikats mit einer interkalierenden Zusammensetzung, die Wasser und ein organisches Lösungsmittel umfasst, worin das Wasser mindestens ca. 4 Gew.-% bezogen auf das Trockengewicht des Phyllosilikats umfasst und das organische Lösungsmittel mindestens 2 Gew.-% bezogen auf das Trockengewicht des Phyllosilikats umfasst, zur Bildung eines Gels;mixing the phyllosilicate with an intercalating composition comprising water and an organic solvent, wherein the water comprises at least about 4 wt.% based on the dry weight of the phyllosilicate and the organic solvent comprises at least 2 wt.% based on the dry weight of the phyllosilicate to form a gel; Dehydratisierung des Gels auf einen Wassergehalt von ca. 10% oder weniger bezogen auf das Trockengewicht des Phyllosilikats; undDehydrating the gel to a water content of approximately 10% or less based on the dry weight of the phyllosilicate; and Mischen des dehydratisierten Gels mit einem wasserunlöslichen Polymer und einem Lösungsmittel für genanntes wasserunlösliches Polymer.Mixing the dehydrated gel with a water-insoluble polymer and a solvent for said water-insoluble polymer. 28. Verfahren nach Anspruch 27, das ferner den Schritt des Erhitzens des Gemisches auf eine Temperatur einschließt, die zum Schmelzen des wasserunlöslichen Polymers ausreicht.28. The method of claim 27, further including the step of heating the mixture to a temperature sufficient to melt the water-insoluble polymer.
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